Ce travail avait pour objectif la synthèse d’hydrogels d’alginates stables dans le temps et leur évaluation comme support de régénération des voies nerveuses lésées du Système Nerveux Central. Différents dérivés amphiphiles de l’alginate de sodium ont été préparés en fixant chimiquement des chaînes alkyles en C12 à différents taux sur le squelette polymère par l’intermédiaire, soit de liaisons ester (alginates esters), soit de liaisons amide (alginamides) moins sensibles à l’hydrolyse. Le comportement en solution des alginamides a été étudié en termes de stabilité dans le temps, de solubilité, de comportement rhéologique, et de taux de gonflement, puis comparé à celui des alginates esters. Les alginamides ont montré des propriétés en solution différentes de celles des alginates esters, en particulier des contraintes critiques faibles, qui sont les conséquences de la formation d’agrégats liée à l’existence d’une réaction secondaire de réticulation chimique lors de la synthèse. Néanmoins, à des concentrations et taux de greffage appropriés, il est possible d’obtenir un réseau polymère tridimensionnel stabilisé par des associations hydrophobes et pouvant servir de pont de régénération pour l’application visée. L’étude in vivo conclut à l’absence de signe de régénération des voies nerveuses chez les animaux lésées sur une durée d’un an. Toutefois, cette étude a permis de valider la stratégie d’implantation d’un gel physique rhéofluidifiant et thixotrope, de définir des méthodes d’analyse des tissus post mortem en présence d’hydrogel, d’examiner la possibilité d’encapsuler un traitement pharmacologique et de définir un cahier des charges élargi de ce biomatériau (pH, stabilité, gonflement …) / The aim of this work was to synthesise alginate hydrogels, stable in time, and to evaluate their potential use as scaffolds for the damaged nerve regeneration in central nervous system. Various amphiphilic derivatives of sodium alginate were prepared by covalent attachment of alkyl chains (12 carbons) onto the polysaccharide at different substitution ratio, either via ester (alginate ester) or amide (alginamide) linkages, these last ones being more stable toward hydrolysis. The properties in solution of the alginamide derivatives were studied in terms of solubility, stability as function of time, rheological behaviour and swelling ratio. Results were compared to those obtained with the alginate ester family and highlighted a different behaviour for the alginamide series in semi-dilute regime. In particular, alginamide hydrogels exhibited a low critical strain which has been attributed to the presence of aggregates in the solution. The formation of these aggregates was due to the occurrence of a secondary cross-linking reaction during the synthesis of polymers. Nevertheless, it was possible, by appropriate tuning of the substitution yield and of the solution concentration, to obtain a three-dimensional network stabilized by intermolecular hydrophobic interactions, which has been evaluated as regenerative support for the considered application. In vivo studies demonstrated the absence of nerve regeneration for the tested injured animals after one year. However, these studies allowed us to evaluate both the strategy for the implantation of a physical gel exhibiting a shear-thinning and thixotrope behavior and the possibility to encapsulate a pharmacological treatment. An enlarged project specification has also been defined for this biomaterial (pH, stability, swelling ratio…)

Les connections synaptiques entre les cellules nerveuses (appelées synapses) sont essentielles à l’établissement de l’architecture du système nerveux. La modification de ces synapses est un des mécanismes par lequel l’apprentissage et la mémoire fonctionnent. On sait depuis plusieurs années déjà que la consommation de cannabis exerce une profonde influence sur l’apprentissage et la mémoire, et que sa consommation chez la femme durant la grossesse ou l’allaitement peut causer des déficits cognitifs chez l’enfant qui perdureront à l’âge adulte. Pour le moment, on ne sait toujours pas si ces effets sont médiés par les récepteurs aux cannabinoïdes classiques (CB1 et CB2) ou par d’autres récepteurs tel le GPR55. Des études récentes du laboratoire du Pr. Bouchard ont démontré un rôle important du système endocannabinoïde dans le développement du système nerveux notamment par la présence du récepteur GPR55 et son implication dans la modulation du guidage et de la croissance des axones durant les périodes foetale et périnatale. Comme certaines molécules et mécanismes cellulaires impliqués dans ces processus peuvent aussi jouer un rôle dans la formation de synapses (synaptogenèse), l’objectif de la présente étude est de déterminer la contribution du GPR55 dans la formation de contacts synaptiques. À partir de cortex d’embryons de souris, nous avons cultivé puis traité des neurones corticaux soit avec un agoniste sélectif de GPR55 (O-1602) ou son antagoniste sélectif (ML-193), soit avec un phytocannabinoïde (cannabidiol) pendant 24 heures au 9e jour in vitro. En immunocytochimie, les neurones traités avec le ML-193 ont démontré une réduction significative du nombre de contacts synaptiques et une augmentation significative avec l’O-1602 et le cannabidiol. Ces changements anatomiques sont corrélés avec des modifications de l’expression des protéines synaptiques GluR1 et synaptophysine au niveau du cortex. En plus de fournir d’importantes informations sur le développement du système nerveux, les résultats de cette étude contribuent à l’amélioration de nos connaissances sur les anomalies du développement induites par la consommation périnatale de cannabis. / Functional connections between nerve cells (called synapses) are essential to establish the architecture of the nervous system. The modification of synapses is thought to be one of the mechanisms by which learning and memory occur. It has been known for decades that cannabis consumption has a profound influence on learning and memory, and that maternal marijuana smoking during perinatal period causes cognitive deficits that last in the adulthood of the offspring. For the moment, we do not know if these effects are mediated by the classic CB1 and CB2 cannabinoid receptors or by other receptors such as GPR55. Recent studies by Pr. Bouchard have demonstrated an important role for the endocannabinoid system in the development of the nervous system, including the presence of GPR55 and its involvement in axon growth and target innervation during the fetal and early postnatal periods. As certain molecules and cellular mechanisms involved in these processes may also regulate synapse formation (synaptogenesis), the objective of the present study is to determine the contribution of GPR55 in the formation of new synaptic contacts. Primary cortical neurons isolated from embryonic mice were cultivated and then treated either with a selective agonist of GPR55 (O-1602) or his selective antagonist (ML-193), or with a phytocannabinoid (cannabidiol) for 24h at the ninth day in vitro (DIV9). In immunocytochemistry, neurons treated with ML-193 have shown a decrease in synaptic density, while the treatment with O-1602 or cannabidiol increased it. These anatomical changes were correlated with changes in the expression of synaptic proteins GluR1 and synaptophysin. Results from this study provide important insight on the development of the nervous system and contribute to improving our knowledge on developmental abnormalities induced by perinatal cannabis use.

Les personnes présentant des déficits locomoteurs suite à une lésion du système nerveux central (SNC), deviennent, bien malgré elles, conscientes de toute la complexité que représente le contrôle de la marche. Malgré les efforts déployés lors de la réadaptation, il arrive que certains déficits locomoteurs persistent. La capacité à adapter la marche aux différentes variations de l’environnement, telles qu’un trottoir enneigé ou une plage de sable, est fréquemment affectée suite à une lésion du SNC. Le but général de cette thèse était d’utiliser un paradigme consistant à marcher en présence d’une perturbation pour évaluer la capacité d’adaptation résiduelle d’un muscle spécifique suite à une lésion du SNC. Par contre, avant l’atteinte de cet objectif, il était nécessaire de mieux comprendre les mécanismes neurophysiologiques impliqués dans l’adaptation et l’apprentissage locomoteur lors de la marche en présence d’une perturbation. Les travaux inclus dans cette thèse ont, tout d’abord, démontré qu’il est possible de modifier le patron d’activation musculaire de personnes en santé sans déficit locomoteur en appliquant une perturbation sur le membre inférieur pendant la marche et que ces modifications peuvent persister temporairement suite au retrait de la perturbation, suggérant ainsi la présence d’une recalibration des commandes centrales (Étude 1). De plus, des évidences d’apprentissage locomoteur ont été constatées lors de sessions répétées de marche avec cette perturbation (Étude 2). Par la suite, nous avons validé qu’il est possible d’induire des modifications au niveau de l’activation des fléchisseurs dorsaux, pouvant avoir un impact fonctionnel lors de la marche, en appliquant une perturbation spécifique à la cheville à l’aide d’une orthèse robotisée (Étude 3). Ces modifications ont aussi été obtenues chez certaines personnes ayant subi une lésion médullaire (Étude 4) ou un accident vasculaire cérébral (Étude 5). Cette approche pourrait permettre l’évaluation de la capacité d’adaptation résiduelle des fléchisseurs dorsaux suite à une lésion du système nerveux central et, par conséquent, être utile à la prise de décision dans la sélection d’interventions optimales en réadaptation locomotrice. / Persons affected by walking deficits following a central nervous system (CNS) lesion are aware of how complex the neural control of walking can be. Indeed, walking deficits often persist even after rehabilitation. Among these deficits, adaptation of the walking pattern to meet varied environmental demands, such as walking on a sandy beach or in snow, becomes more difficult. The main goal of this thesis was to use a paradigm consisting of walking in a perturbing environment to evaluate the residual adaptive capacity of a specific muscle group in persons who have sustained a CNS lesion. To meet this goal, however, a better understanding of the neurophysiological mechanisms involved in locomotor adaptation and learning was first necessary. The present thesis demonstrated that the muscle activation pattern of healthy subjects can be modified while walking with a perturbation applied to the lower limb and that these modifications persist temporarily after perturbation removal, suggesting the recalibration of central commands (Study 1). Furthermore, evidence of locomotor learning was observed when subjects were repeatedly exposed to a perturbation during walking (Study 2). The next study validated that it is possible to induce modifications in dorsiflexor activation of healthy subjects that may have a clinical impact on the walking pattern, by applying a specific perturbation at the ankle with a robotized ankle-foot orthosis during walking (Study 3). These modifications were also observed in some persons who sustained a spinal cord injury (Study 4) or a stroke (Study 5). Walking with a specific perturbation could be helpful to evaluate the residual adaptive capacity of ankle dorsiflexors in persons who have sustained a central nervous system lesion, and consequently, to guide decision-making for the selection of optimal rehabilitation interventions.

Les troubles anxieux sont parmi les troubles psychiatriques les plus souvent diagnostiqués chez les adolescents. Ces troubles sont souvent accompagnés de nombreuses comorbidités, dont des difficultés de sommeil. L’objectif principal de cette thèse est de caractériser l’activité corticale à l’éveil et pendant le sommeil à l’aide de l’EEG quantifié chez une population d’adolescents présentant un trouble anxieux, et de la comparer à un groupe témoin d’adolescents. Dans un second temps, on cherche à savoir si l’activité EEG des patients anxieux corrèle avec différentes mesures cliniques. Deux études permettent de répondre à ces objectifs, une première portant sur l’activité EEG au cours de l’éveil, et une seconde portant sur l’activité EEG au cours du sommeil (SL et SP). La première étude démontre que l’activité EEG des deux groupes ne présente pas de différence à l’EEG le soir. Par contre, le matin, les patients anxieux présentent une activité significativement supérieure à celle des contrôles aux électrodes centrales (0,75-10 Hz et 13-20 Hz) ainsi qu’aux électrodes occipitales (2,5-7,75 Hz). Dans la seconde étude, nous avons analysé l’activité EEG absolue et relative en SL et en SP. Nous avons trouvé une activité absolue significativement supérieure à l’EEG de la région centrale chez les participants du groupe anxieux : en SLP (stades 3 et 4) sur l’ensemble des bandes de fréquence, en stade 2 sur les bandes de fréquence thêta, alpha et beta seulement. Finalement, en SP, les différences sont trouvées en alpha et beta, et non en thêta et delta. Les résultats obtenus à ces deux études suggèrent la présence de mécanismes de synchronisation et de filtrage inadéquats au niveau de la boucle thalamo-corticale, entraînant une hypervigilance du SNC. Quant aux corrélations entre l’activité EEG et les mesures cliniques, les résultats obtenus dans les deux études révèlent que les fréquences lentes (thêta et delta) de l’activité d’éveil le matin corrèlent à la fois avec l’anxiété de trait et d’état et les fréquences rapides (Alpha et Beta) de l’EEG du sommeil corrèlent sélectivement avec l’anxiété d’état. Il semble donc exister un lien entre les mesures cliniques et l’activité EEG. Une hausse d’activité EEG pourrait être un indicateur de la sévérité accrue des symptômes anxieux. / Anxiety disorders are among the most diagnosed psychiatric disorders in the adolescent population. These disorders are often accompanied by different comorbidities, such as sleep problems. The main objective of this thesis is to characterize the cortical activity during wake and sleep, using quantified EEG, in a population of adolescents presenting an anxiety disorder, and to compare these results to those of a control group of adolescents. Secondly, we wish to verify if the EEG activity of the anxious participants correlates with different clinical measures. Two different studies are conducted in order to attain our objectives, the first one being on the EEG activity during wake, and the second being on the EEG activity during sleep (slow wave sleep and rapid eye movement sleep). The first study reveals that the EEG activity from both groups does not differ in the evening. However, in the morning, anxious participants display an increased activity on central electrodes (0.75-10 Hz and 13-20 Hz), and on occipital electrodes (2.5-7.75 Hz). In the second study, we demonstrate that anxious participants show an increased absolute EEG activity on central electrodes: in slow wave sleep (stages 3 and 4), it is found on all frequency bands, in stage 2, it is found on the theta, alpha and beta frequency bands. Finally, in rapid eye movement sleep, the differences are only in alpha and beta, and not in theta and delta. These data suggest the impairment of thalamo-cortical gating mechanisms in adolescents with anxiety disorders, leading to CNS hyperarousal. As for the correlations between the EEG activity and the clinical measures, the results from our studies reveal that the slow frequencies (theta and delta) of morning wake EEG correlate with both trait and state anxiety, while fast frequencies (alpha and beta) from the sleep EEG correlate specifically with state anxiety. Thus, there appears to be an association between EEG activity and clinical measures. An increased EEG activity could be an indicator of the severity of the anxious symptoms.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Compte-tenu de l’importance des populations exposées, les effets à long terme des pesticides sont un enjeu de santé publique majeur. Leur étude pose néanmoins des problèmes méthodologiques complexes. Notre objectif était de contribuer à la connaissance des effets chroniques des pesticides sur le système nerveux central en explorant par une approche épidémiologique innovante le rôle des insecticides organophosphorés dans l’apparition de troubles cognitifs. Nous avons développé et utilisé deux outils de mesure de l’exposition (une matrice culture-exposition : PESTIMAT, et des algorithmes basés sur des études de terrain : PESTEXPO) afin d’estimer l’exposition à 34 insecticides organophosphorés utilisés en vigne, en considérant pour chaque individu l’ensemble des tâches viticoles exposant aux pesticides (préparation, application, nettoyage, réentrée) réalisées au cours de sa vie. Ces outils ont été appliqués dans le cadre du premier suivi (2001-2003) de la cohorte PHYTONER constituée en 1997 par l’inclusion de 925 affiliés à la Mutualité Sociale Agricole de Gironde. L’exposition aux organophosphorés définie par des index cumulés à l’aide de nos deux outils était associée à une baisse des performances cognitives, de manière plus marquée pour les tests explorant la mémoire de travail visuelle et la vitesse de traitement de l’information. Les niveaux de risque variaient en fonction des organophosphorés et étaient plus marqués pour le mévinphos. Cette thèse a confirmé le risque de troubles cognitifs chez les utilisateurs professionnels de pesticides et pose la question d’une évolution ultérieure vers une démence. Elle a également démontré la faisabilité et la pertinence d’une approche s’attachant à établir des scores d’exposition à des matières actives pesticides spécifiques pour en analyser les effets de santé. / Given the number of exposed persons, long term effects of pesticides are a foremost Public Health concern. However their study raises complex methodological issues. Our objective was to contribute to the knowledge of the pesticide chronic effects on the central nervous system by exploring the role of organophosphate insecticides in occurence of cognitive disorders by an innovative epidemiological approach. Two exposure assessment tools were developed (a crop exposure matrix: PESTIMAT and algorithms based on field studies: PESTEXPO) to estimate the lifetime cumulated exposure to 34 organophosphate insecticides used in vineyards, taking into account pesticide exposure during tasks (mixing, spraying, cleaning, re-entry) performed by wine-growers. These tools were used in the framework of the first follow-up (2001-2003) of the PHYTONER cohort, initiated in 1997 by the enrollment of 925 workers affiliated to the farmer health insurance system in Gironde, France. Cumulative organophosphate exposure defined by an index using the two tools was associated with poor cognitive performances, particularly for tests exploring the visual working memory and the processing speed. Risk level varied depending on the organophosphate, and was more pronounced for mevinphos. This thesis supports the hypothesis that cognitive impairment may be associated with pesticide occupational use and raises the question of a further evolution towards dementia. It also demonstrated the feasibility and the relevance of an approach based on chemical specific exposure scores to analyze health effects.

Les faibles capacités régénératives intrinsèques du système nerveux central, après la survenue de lésions traumatiques ou l'apparition de maladies neuro-dégénératives, ont orienté les recherches vers des thérapies basées sur l'utilisation de cellules souches dans le but de régénérer le tissu cérébral. Cependant, des limitations éthiques et techniques associées aux cellules souches embryonnaires, fœtales ou neurales chez l'adulte restreignent leur utilisation en clinique humaine. À la recherche d'une source alternative, nous nous sommes intéressés à des cellules souches adultes peu connues, provenant du chorion d'un tissu nerveux périphérique en perpétuel renouvellement : les cellules souches de la lamina propria olfactive, localisée dans la cavité nasale. Ces cellules multipotentes ont été décrites comme un sous-type de cellules souches mésenchymateuses, présentant de fortes capacités prolifératives et neurogéniques. En utilisant un premier modèle murin d'amnésie induit par lésion excito-toxique des hippocampes, nous avons montré que des cellules souches olfactives humaines, greffées dans les zones lésées ou dans le liquide céphalo-rachidien, i) s'installent et adoptent un phénotype neuronal, ii) rétablissent la circulation d'informations au sein des réseaux neuronaux défectueux et iii) permettent une récupération des capacités d'apprentissage et de mémorisation. Suite à ces résultats très encourageants, le premier objectif de cette thèse a été de mieux faire connaître ces cellules souches adultes auprès de la communauté scientifique. / The brain displaying poor regenerative capacities, exogenous stem cell-based therapy has been proposed as an attractive strategy to regenerate cerebral tissue after acute injuries or neurodegenerative disorders. However, ethical and technical issues, associated with embryonic, fetal or adult neural stem cells, limit their use in human medicine. In search of alternative candidates, we focused our attention on adult stem cells, located in a peripheral nervous tissue: the nasal stem cells sited in the olfactory lamina propria. These multipotent stem cells have been characterized as a member of the mesenchymal stem cell superfamily, displaying strong proliferative and neurogenic properties. Recently, using a mouse model of amnesia induced by excito-toxic lesions of hippocampal neurons, we demonstrated that olfactory stem cells, grafted in lesioned areas or into the cerebrospinal fluid, i) migrate and differentiate into neuron-like cells, ii) contribute to the restoration of local neuronal networks and iii) promote recovery of learning and memory abilities. In line with these promising results, the first aim of the current thesis was to promote the use of these adult stem cells by the scientific community. For this purpose, we published an article and a book chapter in which we demonstrated that they are suitable for autologous cell therapy in humans. Using an audiovisual document, we showed that these cells i) can be safely obtained in humans, under local anesthesia, without any loss of smell and ii) are easily and quickly amplifiable in vitro.

Dans mes travaux de thèse, je me suis intéressé à la fonction de la barrière hémato-encéphalique (BHE) et son impact dans le développement de médicaments à visée du système nerveux central (SNC). Cependant, plusieurs obstacles limitant le processus de développement de nouveaux médicaments ont été identifiés. Parmi eux, une faible biodisponibilité cérébrale est reconnue pour être un facteur limitant majeur. Malgré ce constat, la biodisponibilité et la pharmacodynamie cérébrales sont souvent inconnues ou globalement négligées durant le processus de développement des médicaments. Actuellement, 3 méthodes permettent d'explorer la pharmacocinétique cérébrale in vivo, à savoir l'analyse du liquide céphalorachidien, la tomographie par émission de positron et la microdialyse cérébrale. Chaque approche présente certaines contraintes, la première fournit des informations restreintes, la seconde est coûteuse et limitée à une utilisation principalement académique, la troisième est souvent réalisée sur des modèles rongeurs rendant la transposabilité des données à l’homme complexe. Le projet de recherche réalisé s’est articulé autour de cette problématique et a suivi deux axes de développement. Le premier s’est orienté sur l’étude du passage dans le contexte particulier de la maladie de Parkinson. Le second aborde le manque de modèles pertinents utilisables lors du développement d’un nouveau médicament et présente une solution possible, la microdialyse intracérébrale sur macaque vigile. Les études en lien avec la maladie de Parkinson ont mis en évidence que premièrement, les statines sont inefficace dans le traitement des dyskinésies lévodopa induites chez les patients parkinsoniens. Cet échec peut être en partie explicable par une biodisponibilité cérébrale insuffisante du principe actif. Deuxièmement, la fonction de BHE est modifiée sur le modèle de référence de la maladie de Parkinson, le macaque traité au 1-méthyle 4-phényl 1,2,3,6-tétrahydro pyridine (MPTP). Le travail réalisé selon le second axe démontre la faisabilité de l’échantillonnage du liquide extracellulaire cérébral sur macaque vigile par microdialyse. / While working on my thesis, I focused on the function of the blood-brain barrier (BBB) and its impact in drug development to target the central nervous system (CNS). However, several obstacles that slow down the process of developing new successful drugs have been identified. Among several factors, the poor brain bioavailability is acknowledged as a primary limiting factor. Despite this statement, both brain bioavailability and brain pharmacodynamic are either unknown or globally overlooked during the drug development process. Currently, 3 methods allow exploring in vivo brain pharmacokinetic: cerebral spinal fluid sampling analysis, Positron Emission Tomography imaging and brain microdialysis. Each approach has its own constraints, the first provides restricted information, the second is expensive and limited to a mainly academic use, and the third is often carried out on rodent models making the transferability of data in complex man. The research project is focused on this issue and followed two paths of development. The first is focused on the study of the crossing in the particular context of Parkinson's disease. The second addresses the lack of appropriate model used in the development of a new drug and presents a possible solution, intracerebral microdialysis in awake macaque. Studies linked with Parkinson's disease show that statins has proved ineffective in the treatment of levodopa-induced dyskinesia in parkinsonian patients. This failure can be explained in part by insufficient brain bioavailability of the active compound. Secondly, in macaques treated with 1-methyl 4-phenyl 1,2,3,6-tetrahydro pyridine (MPTP), the gold standard model of Parkinson's disease, the BBB is modified. The work done along the second axis shows the feasibility of sampling brain extracellular fluid by microdialysis in awake macaque.

L’objectif général de cette thèse est d’étudier dans les mouvements complexes, les propriétés psychophysiques de flexibilité d’un programme moteur suite à une perturbation inattendue et certaines de ses bases neurales. Pour ce faire, trois études comportementales et une étude en imagerie par résonance magnétique fonctionnelles ont été menées. (1)Les principaux résultats de notre première étude démontrent que lors de la réalisation de mouvements complexes, après un déplacement inattendu de la cible visuelle, des corrections motrices peuvent apparaître très rapidement en une centaine de millisecondes dans les muscles de la jambe et du bras. De telles latences pourraient indiquer que les corrections motrices rapides à partir des entrées visuelles pourraient être générées grâce à des boucles corticales de bas niveaux. (2) Lors d’un déplacement imprévu de la cible visuelle pendant l’exécution d’un mouvement complexe dirigé, les temps de correction sont significativement corrélés entre certaines paires de muscles, indépendamment de leur localisation anatomique ou de leur ordre d’apparition dans la séquence temporelle de recrutement musculaire. Ces résultats suggèrent que le système nerveux central est capable d’utiliser des synergies motrices fonctionnelles et complexes lors de la génération de corrections motrices. (3) Lorsque la taille de la cible est modifiée de manière imprévisible pendant l’exécution du plan moteur initial, la durée du mouvement augmente, indépendamment de la variabilité de la précision terminale du mouvement de pointage. Ce résultat suggère que les retours sensori-moteurs et une représentation en (quasi) temps réel de la vitesse de l’effecteur sont utilisés pour générer et contrôler le déplacement de la main. (4) Enfin, lors d’une tâche de rattrapés de balles répétitifs, en manipulant les conditions de prédiction a priori de la masse des balles utilisées, la dernière étude de ce travail expérimental démontre qu’un réseau cérébelleux bilatéral, impliquant les lobules IV, V et VI, est très majoritairement impliqué dans les processus de calcul de l’erreur sensori-motrice. Dans les boucles corticales classiques impliquées dans la flexibilité motrice, le cervelet est engagé dans la génération de l’erreur sensori-motrice. Néanmoins, il semblerait que d’autres boucles de plus bas niveaux puissent être également employées afin de générer des corrections motrices très rapides. La coordination entre ces différentes boucles reste à être étudiée plus précisément. / The main objective of this thesis is to study the motor flexibility in complex movements when an unexpected event makes the initial motor plan inefficient. In this way, three kinematic and electromyographic studies and a fourth with functional magnetic resonance imaging were realized. (1)The main result of the first study clearly demonstrate that during complex movements express motor corrections in the upper and lower limbs, with latency responses of less than 100 ms, were revealed by contrasting electromyographic activities in perturbed and unperturbed trials. Such findings could indicate that visual on-going movement corrections may be accomplished via fast loops at the level of the upper and lower limbs and may not require cortical involvement. (2) When an unexpected target jump occurred, correction times were strongly correlated together for some pairs of muscles independently of their occurrences during the motor sequence and independently of the location of the muscles at the anatomical level. This second study suggests that the CNS re-programs a new motor synergy after the target jumps in order to correct the on going reaching movement. (3) When the target size is varied during the initial motor plan execution, the movement duration can increase independently of the variability of the final endpoint. These results suggests that when the speed-accuracy trade-off is unexpectedly modified, terminal feedbacks based on intermediate representations of the endpoint velocity are used to monitor and control the hand displacement. (4) Finally, when catching a falling ball and the possibility of prediction about the ball weight was manipulated, the last study of this thesis showed that both the right and left cerebellum is engaged in processing sensory–motor errors, and more particularly the lobules IV, V and VI. For classical loops involved in motor flexibility, sensory-motor errors are processed within the cerebellum. However, some shorter sub-cortical loops seem also to be involved for faster motor corrections. The coordination between these different loops needs to be explained more precisely.

Le glutamate est accumulé dans des vésicules synaptiques par des transporteurs vésiculaires du glutamate appelés VGLUT1-3. VGLUT1 et VGLUT2 sont utilisés par les neurones glutamatergiques «classiques» corticaux et sous-corticaux. VGLUT3 est présent dans des sous-populations de neurones utilisant d’autres neurotransmetteurs que le glutamate. Dans la cochlée, VGLUT3 permet la transmission glutamatergique entre les cellules ciliées internes et les neurones du nerf auditif. Le travail mené par l’équipe du Pr Puel a permis de découvrir l’implication de VGLUT3 dans une pathologie héréditaire de l’audition chez l’Homme. Une mutation p.A211V du gène codant VGLUT3 humain est responsable d’une surdité progressive à transmission autosomique. Il s’agit de la première mutation d’un VGLUT associé à une pathologie humaine. Mon travail de thèse a consisté à caractériser l’impact de cette mutation sur le SNC d’une lignée de souris exprimant cette mutation. Nous avons observé que cette mutation avait des effets complexes sur VGLUT3. La mutation p.A211V entraine une baisse marquée de l’expression de VGLUT3 dans les terminaisons nerveuses qui semble liée à une dégradation accélérée de VGLUT3. 20% d’expression résiduelle de VGLUT3 suffisent à assurer la majeure partie des fonctions du transporteur. L’activité de VGLUT3 ne semble donc pas être linéairement corrélée à son expression. De plus, la réduction de VGLUT3 au niveau des synapses semble s’accompagner d’une réduction du nombre de vésicules VGLUT3-positives et d’une réduction du nombre de copies de VGLUT3 par vésicule. Dans l’ensemble, mon travail de thèse a permis d’acquérir une meilleure connaissance de la régulation de VGLUT3. / Glutamate is the major excitatory neurotransmitter in the Central Nervous System (CNS) and is accumulated into synaptic vesicles by proton-dependent transporters named VGLUT1-3. VGLUT1 and VGLUT2-positive neurons are respectively found in cortical and subcortical glutamatergic neurons. In contrast, VGLUT3 is localized in a small population of neurons using other neurotransmitter than glutamate i.e.: cholinergic interneurons in the striatum, subpopulation of GABAergic interneurons in the hippocampus and cortex and serotoninergic neurons. Furthermore, VGLUT3 is also expressed by sensory inner hear cells (IHCs).In the cochlea, VGLUT3 accumulates glutamate into synaptic vesicles of the IHCs. A mutation of the gene that encodes VGLUT3 is responsible for a progressive, high-frequency deafness. It is the first mutation of a VGLUT that was demonstrated to be responsible for a human pathology.We investigated the effects of the p.A211V mutation on VGLUT3 in the CNS of a mouse line expressing this mutation. We observed that this mutation had complex effects on VGLUT3. The p.A211V mutation causes a 80% decrease of VGLUT3 in nerve endings. 20% residual expression of VGLUT3 is sufficient to fulfill most part of its functions. Contrary to prevailing views, VGLUT3 global activity is not linearly correlated to VGLUT3 quantity. Futhermore, VGLUT3 reduction seems to be associated with a diminution of VGLUT3-positive vesicles accompanied by an homogenous reduction of VGLUT3 copy number per vesicle.Overall, my thesis allowed to acquire a better understanding of the regulation of VGLUT3. This work will deepen our understanding of the involvement of VGLUTs in various pathologies.