A Síndrome de Kallmann (SK), associação entre hipogonadismo hipogonadotrófico e distúrbio olfatório (hiposmia ou anosmia), é causada por uma deficiência da migração neuronal que envolve as células produtoras do hormônio liberador de gonadotrofinas e os neurônios olfatórios, com origem embriológica comum. O primeiro gene descrito, KAL1, codifica uma proteína chamada anosmina, que possui homologia com moléculas de adesão axonal envolvidas na migração neuronal. Dentre as anormalidades fenotípicas descritas na SK, destacam-se a malformação das estruturas do rinencéfalo (bulbos e sulcos olfatórios) e a presença, em parte dos pacientes, de uma alteração neurológica específica, os movimentos em espelho (ME). No presente trabalho estudamos 21 pacientes com SK, comparando com um grupo controle (n=16), utilizando técnicas qualitativas e quantitativas de imagem por Ressonância Magnética (RM), com os objetivos de (I) correlacionar as diferentes alterações radiológicas do encéfalo com os achados clínicos, laboratoriais e a presença de mutações gênicas; (II) caracterizar qualitativa e quantitativamente as alterações do rinencéfalo; e (III) investigar possíveis alterações associadas aos ME, dando atenção às duas principais hipóteses para sua causa, desenvolvimento anormal do trato corticoespinhal e deficiência do mecanismo inibitório contra-lateral via corpo caloso. Para estudo do rinencéfalo utilizamos especialmente imagens coronais ponderadas em T2 com cortes finos, avaliando subjetivamente e posteriormente medindo o volume dos bulbos olfatórios, comprimento e profundidade dos sulcos. Para estudo dos ME utilizamos a técnica de morfometria baseada em voxel (VBM), procurando alterações volumétricas da substancia branca (SB) e cinzenta (SC), seguida da avaliação de alterações da SB com as técnicas de relaxometria (RL) e cálculo da taxa de transferência de magnetização (TTM). Dezoito (85%) pacientes apresentaram graus variáveis de acometimento das estruturas olfatórias. Demonstramos que a aplasia dos bulbos e/ou sulcos olfatórios foi o achado mais comum na SK, e a presença de aplasia de bulbo olfatório teve excelente concordância com a presença de anosmia no teste olfativo. O VBM otimizado mostrou áreas alteradas da SC envolvendo o córtex motor de maneira diferente nos pacientes com e sem ME, compatíveis com uma resposta cortical hipertrófica à uma decussação deficiente do trato corticoespinhal nos pacientes com SK e ME. Ainda, as alterações da SC nos pacientes sem ME podem representar mecanismos mais complexos determinando a presença ou não do sinal. Apesar do nosso estudo de VBM não mostrar alteração significativa de volume da SB, as avaliações com RL e TTM mostraram áreas de alteração de sinal, demonstrando a presença de desmielinização e/ou desorganização axonal na SB dos pacientes com SK, envolvendo diferentemente o sistema motor dos pacientes com e sem ME, sendo compatível com os estudos prévios que sugerem a associação entre uma anomalia do trato corticoespinhal e uma deficiência no mecanismo inibitório inter-hemisférico como responsáveis pela persistência patológica dos ME. A análise da TTM demonstrou ainda alteração em topografia da decussação das pirâmides bulbares que pode representar o desarranjo primário desta região, com as alterações das fibras a montante, superiormente (evidenciadas na RL e TTM), e do córtex motor (evidenciadas no VBM), possivelmente sendo secundárias e acometendo diferentemente os pacientes com e sem ME. / Kallmann syndrome (KS) is defined by the association of hypogonadotropic hypogonadism with olfaction disturbance (hyposmia or anosmia). It is caused by a neuronal migration arrest that involves both the gonadotropin releasing hormone (GnRH) and the olfactory neurons, which have a common embryonic origin. The first gene described, KAL1, encodes a protein named anosmin, which shows a strong homology to axonal adhesion molecules involved in neuronal migration and axonal pathfinding. Various phenotypic abnormalities have been described in KS, including olfactory bulbs and sulci aplasia or hypoplasia and specific neurologic disorders, such as mirror movements (MM). In this study we evaluated 21 patients with KS, comparing with a control group (n=16), using qualitative and quantitative techniques with Magnetic Resonance Imaging (MRI), with the following purposes: (I) correlate the brains radiologic alterations with the clinical, laboratorial and genetic findings; (II) characterize the rhinencephalon alterations; and (III) investigate MM etiology, addressing the two main hypotheses concerning its cause, abnormal development of the primary motor system, involving the ipsilateral corticospinal tract, and lack of contralateral motor cortex inhibitory mechanisms, mainly through the corpus callosum. For rhinencephalon evaluation, we specially used thin-section coronal T2-weighed images, which were reviewed and then objectively evaluated with the measurements of the olfactory bulbs and sulci. To study MM we used the voxel-based morphometry (VBM), to determine white (WM) and gray matter (GM) volume changes, and T2 relaxometry (T2R) and magnetization transfer ratio (MTR), searching for signal intensity changes in the WM. Eighteen (85%) patients presented different degrees of olfactory structures abnormalities, with the bulbs and/or sulci aplasia being the most common finding, and presence olfactory bulb aplasia showed excellent agreement with anosmia as determined by the smell identification clinical test. The optimized VBM study did not show significant white matter changes in patients with KS but showed gray matter alterations in keeping with a hypertrophic response to a deficient pyramidal decussation in patients with MM. In addition, gray matter alterations were observed in patients without MM, which can represent more complex mechanisms determining the presence or absence of this symptom. Even if the VBM did not show significant volume changes in WM, the evaluation with the T2R and MTR showed WM signal intensity alterations, differently involving patients with and without MM, in keeping with demyelinization and/or axonal disorder, in accordance with the involvement of a corticospinal tract anomaly and a deficient inhibitory interhemispheric mechanism in the etiology of MM. The MTR analysis also showed a different alteration in the pyramidal decussation, which can represent a primary disorder in this region, with all other alterations in the superior WM fibers and motor cortex possibly being secondary to this disarrangement, and involving patients with and without MM in a different manner.

A Síndrome de Kallmann (SK), associação entre hipogonadismo hipogonadotrófico e distúrbio olfatório (hiposmia ou anosmia), é causada por uma deficiência da migração neuronal que envolve as células produtoras do hormônio liberador de gonadotrofinas e os neurônios olfatórios, com origem embriológica comum. O primeiro gene descrito, KAL1, codifica uma proteína chamada anosmina, que possui homologia com moléculas de adesão axonal envolvidas na migração neuronal. Dentre as anormalidades fenotípicas descritas na SK, destacam-se a malformação das estruturas do rinencéfalo (bulbos e sulcos olfatórios) e a presença, em parte dos pacientes, de uma alteração neurológica específica, os movimentos em espelho (ME). No presente trabalho estudamos 21 pacientes com SK, comparando com um grupo controle (n=16), utilizando técnicas qualitativas e quantitativas de imagem por Ressonância Magnética (RM), com os objetivos de (I) correlacionar as diferentes alterações radiológicas do encéfalo com os achados clínicos, laboratoriais e a presença de mutações gênicas; (II) caracterizar qualitativa e quantitativamente as alterações do rinencéfalo; e (III) investigar possíveis alterações associadas aos ME, dando atenção às duas principais hipóteses para sua causa, desenvolvimento anormal do trato corticoespinhal e deficiência do mecanismo inibitório contra-lateral via corpo caloso. Para estudo do rinencéfalo utilizamos especialmente imagens coronais ponderadas em T2 com cortes finos, avaliando subjetivamente e posteriormente medindo o volume dos bulbos olfatórios, comprimento e profundidade dos sulcos. Para estudo dos ME utilizamos a técnica de morfometria baseada em voxel (VBM), procurando alterações volumétricas da substancia branca (SB) e cinzenta (SC), seguida da avaliação de alterações da SB com as técnicas de relaxometria (RL) e cálculo da taxa de transferência de magnetização (TTM). Dezoito (85%) pacientes apresentaram graus variáveis de acometimento das estruturas olfatórias. Demonstramos que a aplasia dos bulbos e/ou sulcos olfatórios foi o achado mais comum na SK, e a presença de aplasia de bulbo olfatório teve excelente concordância com a presença de anosmia no teste olfativo. O VBM otimizado mostrou áreas alteradas da SC envolvendo o córtex motor de maneira diferente nos pacientes com e sem ME, compatíveis com uma resposta cortical hipertrófica à uma decussação deficiente do trato corticoespinhal nos pacientes com SK e ME. Ainda, as alterações da SC nos pacientes sem ME podem representar mecanismos mais complexos determinando a presença ou não do sinal. Apesar do nosso estudo de VBM não mostrar alteração significativa de volume da SB, as avaliações com RL e TTM mostraram áreas de alteração de sinal, demonstrando a presença de desmielinização e/ou desorganização axonal na SB dos pacientes com SK, envolvendo diferentemente o sistema motor dos pacientes com e sem ME, sendo compatível com os estudos prévios que sugerem a associação entre uma anomalia do trato corticoespinhal e uma deficiência no mecanismo inibitório inter-hemisférico como responsáveis pela persistência patológica dos ME. A análise da TTM demonstrou ainda alteração em topografia da decussação das pirâmides bulbares que pode representar o desarranjo primário desta região, com as alterações das fibras a montante, superiormente (evidenciadas na RL e TTM), e do córtex motor (evidenciadas no VBM), possivelmente sendo secundárias e acometendo diferentemente os pacientes com e sem ME. / Kallmann syndrome (KS) is defined by the association of hypogonadotropic hypogonadism with olfaction disturbance (hyposmia or anosmia). It is caused by a neuronal migration arrest that involves both the gonadotropin releasing hormone (GnRH) and the olfactory neurons, which have a common embryonic origin. The first gene described, KAL1, encodes a protein named anosmin, which shows a strong homology to axonal adhesion molecules involved in neuronal migration and axonal pathfinding. Various phenotypic abnormalities have been described in KS, including olfactory bulbs and sulci aplasia or hypoplasia and specific neurologic disorders, such as mirror movements (MM). In this study we evaluated 21 patients with KS, comparing with a control group (n=16), using qualitative and quantitative techniques with Magnetic Resonance Imaging (MRI), with the following purposes: (I) correlate the brains radiologic alterations with the clinical, laboratorial and genetic findings; (II) characterize the rhinencephalon alterations; and (III) investigate MM etiology, addressing the two main hypotheses concerning its cause, abnormal development of the primary motor system, involving the ipsilateral corticospinal tract, and lack of contralateral motor cortex inhibitory mechanisms, mainly through the corpus callosum. For rhinencephalon evaluation, we specially used thin-section coronal T2-weighed images, which were reviewed and then objectively evaluated with the measurements of the olfactory bulbs and sulci. To study MM we used the voxel-based morphometry (VBM), to determine white (WM) and gray matter (GM) volume changes, and T2 relaxometry (T2R) and magnetization transfer ratio (MTR), searching for signal intensity changes in the WM. Eighteen (85%) patients presented different degrees of olfactory structures abnormalities, with the bulbs and/or sulci aplasia being the most common finding, and presence olfactory bulb aplasia showed excellent agreement with anosmia as determined by the smell identification clinical test. The optimized VBM study did not show significant white matter changes in patients with KS but showed gray matter alterations in keeping with a hypertrophic response to a deficient pyramidal decussation in patients with MM. In addition, gray matter alterations were observed in patients without MM, which can represent more complex mechanisms determining the presence or absence of this symptom. Even if the VBM did not show significant volume changes in WM, the evaluation with the T2R and MTR showed WM signal intensity alterations, differently involving patients with and without MM, in keeping with demyelinization and/or axonal disorder, in accordance with the involvement of a corticospinal tract anomaly and a deficient inhibitory interhemispheric mechanism in the etiology of MM. The MTR analysis also showed a different alteration in the pyramidal decussation, which can represent a primary disorder in this region, with all other alterations in the superior WM fibers and motor cortex possibly being secondary to this disarrangement, and involving patients with and without MM in a different manner.

Apprendre de nouvelles habiletés motrices est fondamental à l'expérience humaine et à l'exécution des activités quotidiennes. L'apprentissage moteur peut être défini comme un ensemble de processus associés à la pratique ou à l'expérience menant à la capacité d'exécuter une nouvelle habileté motrice. À l'origine de ces mécanismes d'apprentissage, un contrôle moteur précis et une intégration sensorimotrice adéquate sont essentiels. De plus, la capacité d'identifier une séquence dans des évènements sériels et de reproduire avec précision la série de mouvements détectés est également importante en ce qui concerne l'apprentissage des séquences motrices présentes dans de nombreux comportements humains. Si l'un de ces processus élémentaires est compromis par une pathologie, on peut s'attendre à observer des difficultés à apprendre différentes habiletés motrices. Les études qui composent la présente thèse avaient pour objectif principal de caractériser les capacités d'apprentissage moteur dans deux populations cliniques présentant une anomalie sensorielle ou motrice avec la tâche de temps de réaction sérielle (TTRS). Dans l'article 1, les conséquences de la surdité sur l'apprentissage moteur ont été étudiées. Peu d'études ont examiné les capacités motrices chez les sourds profonds et ces quelques études ont suggéré la présence de déficits en dextérité manuelle et des retards dans la production de mouvements. Avant la publication de cet article, la capacité d'apprendre des séquences motrices complexes n'avait pas été explorée dans une population adulte sourde. L'apprentissage non-spécifique et spécifique à la séquence à la TTRS a été analysé en fonction des caractéristiques individuelles liées à la perte auditive. Les résultats ont révélé des différences significatives entre les groupes dans l'apprentissage spécifique à la séquence, les sujets sourds étant moins efficaces que les contrôles à acquérir les connaissances spécifiques à la séquence. Nous avons interprété les résultats à la lumière de la plasticité intermodale et de l'hypothèse d'échafaudage auditif. Dans l'article 2, l'apprentissage moteur, le transfert intermanuel d'une habileté motrice nouvellement acquise et la modulation du débordement moteur électrophysiologique (mouvements miroirs physiologiques; MMp) ont été évalués dans une grande famille de quatre générations avec des mutations du gène Deleted in Colorectal Cancer (DCC) et des mouvements miroirs congénitaux (MMC). Les MMC sont des contractions musculaires involontaires de l'autre côté du corps survenant lors d'un mouvement unilatéral volontaire. Ils ont été associés à une mutation dans le gène DCC, entraînant des voies cortico-spinales anormales et une inhibition interhémisphérique réduite (IIH). Comparativement aux membres de la famille sans MMC et aux contrôles sains non-apparentés, les MMp des individus avec MMC ont été significativement augmentés après l'exécution de la TTRS. L'apprentissage moteur et le transfert intermanuel ne différaient pas entre les groupes. Cependant, lorsque les participants avec la mutation DCC, avec ou sans MMC, étaient spécifiquement comparés aux participants sans la mutation DCC, l'apprentissage non-spécifique d'une séquence motrice était significativement réduit chez les personnes atteintes de la mutation DCC. Ces données suggèrent qu'une augmentation de l'activité miroir physiologique chez les patients atteints de MMC est associée à une réduction de l'IIH. De plus, les diminutions d'apprentissage moteur non-spécifique chez les porteurs de la mutation DCC pourraient être liés aux altérations de l'activité cérébelleuse et de la connectivité rapportées antérieurement. En résumé, les études comprises dans la présente thèse ont approfondi nos connaissances des capacités d'apprentissage moteur dans les contextes de déficits sensoriels ou moteurs. / Learning new motor skills is essential to the human experience and to the performance of everyday activities. Motor learning can be defined as a set of processes associated with practice or experience leading to the ability to skillfully perform a new motor skill. At the root of these learning mechanisms, precise motor control and adequate sensorimotor integration are critical. Additionally, the ability to identify a sequence in serial events and accurately reproduce the series of detected movements is also important with regards to learning motor sequences that are present in many human behaviors. If any of these fundamental processes are compromised by any pathology, one can expect to observe difficulties in learning different motor skills. The studies that compose the present thesis had as a main objective to characterize the motor learning abilities in two clinical populations presenting a sensory or motor abnormality with the serial reaction time task (SRTT). In article 1, the consequences of hearing impairment on motor learning were investigated. Few studies have examined motor capacities in the profoundly deaf and these studies have suggested the presence of deficits in manual dexterity and delays in movement production. Before the publication of this article, the ability to learn complex sequential motor patterns had not been explored in a deaf adult population. Non-specific and sequence-specific learning on the SRTT were analyzed in relation to individual features related to the hearing loss. The results revealed significant differences between groups in sequence-specific learning, with deaf subjects being less efficient than controls in acquiring sequence-specific knowledge. We interpreted the results in light of cross-modal plasticity and the auditory scaffolding hypothesis. In article 2, motor learning, intermanual transfer of a newly acquired motor skill and activity-dependent modulation of electrophysiological motor overflow (physiological mirror movements; pMM) were assessed in a large, four-generational family with a Deleted in Colorectal Cancer (DCC) gene mutation and congenital mirror movements (CMM). CMM are involuntary muscle contractions in the opposite side of the body occurring during voluntary unilateral movement. They have been associated with a frameshift mutation in the DCC gene, resulting in abnormal corticospinal tracts and reduced interhemispheric inhibition (IHI). Compared with family members without CMM and unrelated healthy controls, pMM were significantly increased in CMM individuals following execution of the SRTT. Motor learning and intermanual transfer did not differ between groups. However, when participants with the DCC mutation, with or without CMM, were compared with participants without the DCC mutation, non-specific learning of a motor sequence was significantly reduced in individuals with the DCC mutation. These data suggest that increased physiological mirroring in CMM patients is associated with reduced IHI. Furthermore, impairments in non-specific motor learning in DCC mutation carriers may be related to the reported alterations in cerebellar activity and connectivity. In summary, the studies comprised in the present thesis significantly increase our knowledge of motor learning abilities in the contexts of sensory or motor deficits.

Nous avons pris le parti pour cette thèse d'étudier en Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle deux éléments sémiologiques de la maladie de Parkinson : les mouvements en miroir et l'akinésie. Ces deux phénomènes reflètent une plasticité cérébrale anormale dans cette maladie. Notre première expérience révèle que les mouvements en miroir chez les patients parkinsoniens sont contemporains 1/ d'un défaut d'inhibition, notamment réactive. 2/ de nombreuses hyperactivations, pouvant refléter soit un recrutement compensateur soit une perte délétère de la sélectivité de l'activation corticale. La deuxième expérience s'intéresse à une autre forme d'inhibition, l'inhibition proactive. Nos résultats révèlent que les structures participant au contrôle moteur proactif et notamment le précuneus et les cortex cingulaires postérieur et antérieur sont modulés par le système noradrénergiques chez le sujet sain. Dans une troisième expérience nous avons appliqué ce protocole expérimental à des sujets parkinsoniens. La comparaison avec les données issues de la première expérience révèlent 1/ que les sujets parkinsoniens ont une implémentation anormale du réseau d'inhibition proactive avec une difficulté à se placer en condition de déverrouillage moteur. Ce phénomène pourrait allonger le temps de réaction et participer à l'akinésie. 2/ que l'administration de clonidine renforce encore ce phénomène, en agissant sur les structures antérieures du réseau d'inhibition proactive (cortex cingulaire antérieur et cortex préfrontal dorsomédial). Tous ensembles ces résultats suggèrent une plasticité anormale dans la maladie de Parkinson sousjacente aux mouvements en miroir et à l'akinésie. Celle-ci se traduit 1/ par des défauts d'inhibition, notamment réactive, favorisant l'apparition de mouvements parasites, les mouvements en miroir, 2/ par un renforcement pathologique de l'inhibition proactive qui pourrait participer à l'allongement du temps de réaction et à l'akinésie. La découverte d'une modulation noradrénergique de ce réseau ouvre des portes thérapeutiques nouvelles dans l akinésie parkinsonienne mais également dans l'impulsivité dont certains composants, notamment moteur, semblent être liés à l'inhibition proactive / Mirror movements and akinesia can be both found during Parkinson’s disease. Although very different, they may both reflect an abnormal cerebral plasticity during the disease and the perturbation of the motor inhibitory control. This work reveals that mirror movements are linked to a1/ disruption of the reactive inhibitory control and 2/ to the overactivation of numerous cortical areas. The latter could be the result of a compensatory recruitment aiming at improving the movement. But they could as well reflect a deleterious loss of cerebral activation specificity during Parkinson’s disease. The second experience shows that in healthy subject, the proactive inhibitory control is underpinned by the noradrenergic system. Last but not least the third part of this work reveals an abnormal implementation of the proactive inhibitory control in Parkinson’s disease and suggests its involvement in akinesia. Brought together these results suggest that an abnormal plasticity phenomenon underlies the mirror movements and the akinesia in Parkinson’s disease. More precisely, we observed a default of the reactive inhibitory control associated to mirror movements in Parkinson’s disease and an excess of proactive inhibitory control that seems to be linked to akinesia. The finding of an adrenergic modulation of the proactive inhibitory control opens the fields for the development of noradrenergic therapeutics in akinesia

L'objectif de mon travail a été d'étudier les bases génétiques de deux maladies du mouvement, les mouvements miroirs congénitaux (CMM) et les dyskinésies paroxystiques kinésigéniques (PKD). Nous avons tout d'abord mis en évidence le deuxième gène impliqué dans les CMM, RAD51, et commencé à explorer quelques hypothèses physiopathologiques. Nous avons ensuite recueilli les ADN de 26 cas index de CMM isolés, et montré que près de 50% d'entre eux avaient un variant possiblement pathogène dans RAD51 ou dans le premier gène de CMM décrit, DCC. Nous avons ensuite écarté l'implication d'un troisième gène possiblement causal, DNAL4, dans 17 cas index. Enfin, nous avons collaboré avec une équipe néo-zélandaise et mis en évidence par séquençage de l'exome un nouveau gène, NTN1, codant pour le ligand de DCC, dans deux familles et un cas sporadique. En ce qui concerne les PKD, nous avons analysé le premier gène impliqué dans cette pathologie, PRRT2, dans une cohorte de 42 cas index. Nous avons ainsi montré que PRRT2 est un gène majeur de PKD dans la population européenne, impliqué dans 65% des cas typiques. Nous avons ensuite contribué à mettre en évidence l'implication de PRRT2 dans la migraine hémiplégique, et effectué une revue de la littérature montrant que les mutations de PRRT2 peuvent être responsables de phénotypes multiples de mouvements anormaux paroxystiques. Nous avons ensuite réalisé un séquençage d'exomes chez une famille et 10 trios, malheureusement sans résultat probant. Enfin, chez deux patients avec PKD atypiques, nous avons mis en évidence des mutations du gène ADCY5, récemment impliqué dans des formes complexes de dyskinésies paroxystiques. / The objective of my work was to study the genetic bases of two movement disorders, congenital mirror movements (CMM) and paroxysmal kinesigenic dyskinesia (PKD). First we uncovered the second gene implicated in CMM, RAD51, and started to explore pathophysiological hypotheses. Then we collected DNA of 26 index cases of isolated CMM, and showed that almost 50% of them had a possibly pathogenic variant in RAD51 or in the first described gene of CMM, DCC. We subsequently ruled out the implication of a possible third gene, DNAL4, in 17 cases. Finally, we collaborated with a team from New Zealand to implicate a novel gene, NTN1, coding for the ligand of DCC, in two families and one sporadic case. Concerning PKD, we analyzed the first causative gene described, PRRT2, in a cohort of 42 index cases. We showed that PRRT2 is a major gene of PKD in the European population, involved in 65% of typical cases. We then contributed to show the implication of PRRT2 mutations in hemiplegic migraine, and conducted a review of the literature concluding that PRRT2 mutations can induce multiple types of paroxysmal disorders. We sequenced the exomes of one family and 10 trios negative for PRRT2, but were unable to uncover another causative gene. Finally, in two patients with atypical PKD, we found mutations in ADCY5, a gene recently implicated in complex forms of paroxysmal dyskinesia.

Le Trouble Développemental de la Coordination (TDC) se caractérise par une altération des habiletés motrices. Si le déficit du contrôle moteur est univoque, les études testant un déficit d'apprentissage procédural moteur restent peu nombreuses et aboutissent à des résultats divergents. L'objectif principal de ce travail est de mettre en évidence les conditions dans lesquelles les enfants présentant un TDC manifestent ou non un déficit d'apprentissage procédural et de la mémoire procédurale. Quatre études ont été menées pour comparer l'apprentissage procédural moteur d'enfants présentant un TDC et d'enfants contrôles. Nous avons testé des tâches comportementales d'apprentissage variées telles que l'apprentissage d'une nouvelle coordination bimanuelle, l'apprentissage de séquences perceptivo-motrices et l'apprentissage de séquences motrices rythmiques dans différentes conditions. Nous avons investigué les corrélats cérébraux fonctionnels et structurels associés, en utilisant l'électroencéphalographie ou l'imagerie par résonance magnétique. Les résultats indiquent des différences comportementales et cérébrales lors de tâches d'apprentissage, révélées par des variables spécifiques. De plus, certaines conditions expérimentales ont amélioré l'apprentissage procédural et la mémoire procédurale des enfants présentant un TDC. Ces résultats amènent à penser que les conditions favorisant l'apprentissage et la mémoire procédurale des enfants présentant un TDC pourraient contribuer à une meilleure prise en charge. / Developmental Coordination Disorder (DCD) is characterized by impaired motor skills. While the motor control deficit is unambiguous, studies testing motor procedural learning are few and lead to contradictory results. The main objective of this work is to understand the conditions under which children with DCD demonstrate a procedural learning and procedural memory deficits. Four studies were conducted to compare the motor procedural learning of children with and without DCD. We tested various learning behavioural tasks such as learning a new bimanual coordination, learning perceptual-motor sequences and learning rhythmic motor sequences in different conditions. We investigated the associated functional and structural brain correlates, using electroencephalography and magnetic resonance imaging. The results indicate some behavioural and brain differences during learning tasks, revealed by specific variables. In addition, some experimental conditions have improved the procedural learning and procedural memory of children with DCD. These results suggest that conditions in which procedural learning and memory of children with DCD are improved could contribute to better therapeutic interventions.

Hintergrund: Viele Kinder mit Unilateraler Cerebralparese (USCP) zeigen unfreiwillige Mitbewegungen der jeweils anderen Hand, während intentionaler einhändiger Bewegungen der anderen Hand, die sogenannten Spiegelbewegungen. Diese Spiegelbewegungen haben unabhängig von dem Grad der einhändigen Beeinträchtigung einen negativen Effekt auf die Ausführung von beidhändigen Alltagsaktivitäten. Der Aspekt der Spiegelbewegungen wurde bisher in der Therapie der USCP jedoch wenig berücksichtigt. Fragestellung/Hypothesen: Ziel des Studie war es eine zielgerichtete, beidhändige Therapie bei Kindern und Jugendlichen mit Spiegelbewegungen hinsichtlich ihres Effektes auf eine Reduktion der Spiegelbewegungen selbst sowie den negativen Einflusses dieser auf die Ausführung von Alltagstätigkeiten zu überprüfen. Dazu wurden folgende Hypothesen formuliert: Hypothese 1: Es kommt nach der Intervention zu einer signifikanten Verbesserung und erhöhten Zufriedenheit in der Ausführung von geübten beidhändigen Alltagsaktivitäten, die durch die Spiegelbewegungen negativ beeinflusst sind. Hypothese 2: Die Therapie führt zu einer generellen messbaren Reduktion des Ausmaßes der Spiegelbewegungen nach der Intervention. Hypothese 3: Die erreichten Verbesserungen bleiben auch sechs Monate nach der Intervention bestehen. Material und Methode: Zwölf Kinder (Alter: 6-17 Jahre, Mittelwert 11,3 Jahre; SD 4,4 Jahre) mit USCP (MACS Level I-III) und Spiegelbewegungen nahmen an einer dreiwöchigen Hemi-Intensiv Therapie (60 Stunden Therapie inkl. täglicher Aufgaben zur Eigenübung) teil. Zu Beginn wurden gemeinsam mit dem Kind zwei beidhändige, von den Spiegelbewegungen negativ beeinflusste Aktivitäten ausgewählt, für die ein unabhängiges asymmetrisches Bewegen beider Hände nötig war. Die im Anschluss durchgeführt Therapie war strikt beidhändig mit Fokus auf dem unabhängigen Bewegen beider Hände. Es wurde ein multimodales Therapiekonzept mit folgenden Ansätzen angewandt: beidhändiges Shaping, Training von Fertigkeiten sowie der Alltagsaktivität selbst, modifiziertes beidhändiges Training mit dem Armeo Spring pediatric, modifizierte funktionelle Elektrostimulation, Cognitive orientation to daily occupational performance (CO-OP) sowie Hilfsmittel und Adaption. Zudem wurden beidhändige Aktivitäten in der Gruppe angeboten. Neben der Testung vor (T1) und nach der Intervention (T2) wurde sechs Monate (T3) nach der Intervention eine erneute Testung durchgeführt, um die Effekte zu evaluieren. Ergebnisse: Es konnten zehn Teilnehmer in die Datenauswertung eingeschlossen werden. Sechs Monate nach der Intervention blieben erreichte Verbesserungen signifikant bestehen in der Ausführung der beiden beidhändigen Alltagsaktivitäten (Goal Attainment Scale (Wilcoxon T1-T3: p= 0.004)) und dem Canadian Occpuational Performance Measure (Wilcoxon T1-T3:p= 0.005). Ebenso konnte gezeigt werden, dass die generelle bimanuelle Performanz sich über den Messzeitraum statistisch signifikant verändert (rmMANOVA: AHA: T1=53 T3=58 logit-basierte units, p = 0.002, partielles η² = .664) wobei sich die unimanuelle Kapazität nicht signifikant ändern (JTHFT p = 0.110, partielles η² = 0.259) ebenso wie die Zeit, die benötigt wird um 5 definierte Alltagstätigkeiten auszuführen (p = 0.305 partielles η² = 0.166 ). Keine Veränderungen konnten in der Intensität der Spiegelbewegungen (T1: Median npH= 40% des Drucks der aktiven Hand. pH =9%; T2: Median npH =59 %, pH=11 % des Drucks der aktiven Hand), anhand einer künstlichen Testsituation bei der ein Gummiball mit der einen Hand gehalten werden sollte während ein identischer Ball repetitiv mit der anderen Hand gedrückt werden sollte, gemessen werden. Schlussfolgerung: Zusammenfassend ergibt sich, dass eine beidhändige, zielgerichtete Therapie zu einer signifikanten Verbesserung der Ausführung der geübten asymmetrischen, beidhändigen Alltagsaktivitäten führt. Diese sind unabhängig von Veränderungen der unimanuellen Kapazität. Diese sehr deutlichen Verbesserungen lassen sich auch in zu einem gewissen Ausmaß auf anderen Alltagsaktivitäten als die beiden Beübten generalisieren, da sich eine signifikante Verbesserung in der bimanuellen Performanz (gemessen mit dem AHA) ergab. Hypothese 1 sowie Hypothese 3 für die Ausführung beidhändiger Alltagsaktivitäten wurden bestätigt. Jedoch konnte keine generelle Reduktion der Spiegelbewegungen in einer künstlichen Testsituation (Druckaufgabe analog zu Kuhtz-Buschbeck 2000) dargestellt werden. Die Hypothese 2 wurde mit den vorliegenden Ergebnissen nicht bestätigt. Die Verbesserungen in der Ausführung der bimanuellen Alltagsaktivitäten ergaben sich demnach nicht durch eine generalisierte Reduktion der Spiegelbewegungen sondern wahrscheinlich durch den erlernten Umgang der Kinder mit diesen. Es kann geschlussfolgert werden, dass Kinder mit Spiegelbewegungen möglicherweise von einem Training profitieren, welches den Fokus auf den Erwerb von Strategien zum Umgang mit den Spiegelbewegungen in der Ausführung von Alltagstätigkeiten legt, anstatt auf die generelle Reduktion der Spiegelbewegungen. Kritisch zu betrachten ist die geringe Teilnehmerzahl sowie die Inhomogenität der Gruppe bzgl. des Alters sowie des Ausmaßes der Läsion. Eine TMS-Untersuchung war nur bei einem Teil der teilnehmenden Kinder möglich, so dass keine sichere Aussage über den Reorgnisationstyp aller Teilnehmer gemacht werden kann. Rückschlüsse der Wirksamkeit der Intervention bei unterschiedlichen Reorganisationstypen ipsilateral vs. kontralateral vs. bilateral können daher nicht gezogen werden. Nicht untersucht wurde in der vorliegenden Studie welche Strategien von den Teilnehmern genutzt wurden, um den Einfluss der Spiegelbewegungen zu hemmen und mit diesen während der Ausführung der Spiegelbewegungen umzugehen. Diese sowie die in dieser Pilotstudie gezeigten Ergebnisse sollten mit einer größeren Teilnehmergruppe unter Einbezug einer Kontrollgruppe mit einer herkömmlichen Intensiv-Therapie wie CIMT weiter untersucht werden.

L’exécution d’un mouvement purement unilatéral nécessite le recrutement d’un vaste réseau de régions corticales et sous-corticales, qu’il est possible de regrouper sous le terme de réseau de transformation non-miroir. Ce réseau doit contrer la tendance naturelle du cerveau à exécuter des mouvements de manière bilatérale et synchronisée, en miroir. Malgré l’efficacité de ce réseau, une activité miroir subtile est observée au niveau de la main qui doit demeurer inactive lors de mouvements unilatéraux chez l'humain en santé. Ce débordement moteur doit être inhibé grâce aux interactions interhémisphériques transitant par le corps calleux (CC), la plus grande commissure du cerveau servant de pont entre les hémisphères. Ainsi, la commande motrice peut être acheminée efficacement du cortex moteur primaire (M1) controlatéral à la main devant exécuter une l’action par l’entremise de la voie corticospianle (VCS). En plus du CC, le cortex prémoteur (CPM) joue un rôle important dans ce réseau puisque son interférence via la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) entraîne une augmentation de l’activité miroir dans la main devant normalement demeurer inactive lors d’un mouvement unilatéral. Ainsi, toute modification dans ce réseau ou dans les processus interhémisphériques peut provoquer l’augmentation des mouvements miroirs (MM). À ce jour, aucune étude n’a tenté de moduler ces interactions pour réduire la présence de MM. Ainsi, les études cliniques et méthodologiques qui composent la présente thèse comportent deux objectifs principaux : (1) déterminer si la stimulation électrique transcrânienne à courant direct (SÉTcd) permet l'étude du réseau de transformation non-miroir, et si cette technique est en mesure de diminuer l’intensité des MM chez des individus en santé; (2) caractériser l'anatomie et le fonctionnement du cerveau dans deux populations d’individus porteurs de mutations génétiques affectant le développement de structures impliquées dans la latéralisation du mouvement, le CC et la VCS. L’article 1 décrit les assisses théoriques de la présente thèse grâce à une revue de la littérature portant sur les interactions interhémisphériques dans le mouvement unilatéral. L’article 2 suggère que la SÉTcd est un outil efficace dans l'étude du réseau de transformation non-miroir puisque le protocole de stimulation bilatérale a permis d’augmenter la présence et l’intensité des MM physiologiques (MMp) chez des individus en santé. Cependant, il n’a pas été possible de moduler à la baisse les MMp malgré différents protocoles de stimulation. Dans l’article 3, l'étude d’individus nés sans CC a mis en lumière une augmentation de l’épaisseur corticale au niveau des aires somatosensorielles (S1) et visuelles (V1) primaires, de même qu’au niveau de la représentation de la main dans M1. Ces différences demeurent toutefois légères considérant l’importance du CC. L’article 4 a démontré que les individus porteurs d’une mutation sur le gène DCC présentent un phénotype similaire à celui de porteurs d'une mutation sur le gène RAD51. Ces mutations affectent la migration de la VCS au niveau des pyramides. La VCS projette ainsi aux deux mains, causant des mouvements miroirs congénitaux (MMC). Cette pathologie est également accompagnée d’anomalies neurophysiologiques, telle qu’une inhibition interhémisphérique (IIH) réduite. En somme, les études composant cette thèse ont permis d’approfondir notre connaissance de certaines structures responsables de la latéralisation adéquate du mouvement, tout en décrivant de nouvelles méthodes pour en étudier le fonctionnement. / The execution of purely unilateral hand movements requires the recruitment of vast cortical and subcortical brain areas known as the non-mirroring network. This network counteracts the natural tendency of the brain, which tends to execute movements in a bilateral and synchronized manner. Despite the efficacy of the non-mirroring network in restricting motor output to contralateral limbs, subtle mirroring can be observed in the inactive hand of healthy individuals when performing a unilateral task. This motor overflow needs to be inhibited through interhemispheric projections coursing through the corpus callosum (CC), the biggest white matter tract of the brain. This mechanism makes it possible for motor commands originating from the primary motor cortex (M1) to reach the contralateral hand performing an action via the corticospinal tract (CST). It has been suggested that the premotor cortex (PMC) is an important component of the non-mirroring network since its interference with transcranial magnetic stimulation (TMS) enhances mirror activity in the inactive, mirror hand when a unilateral hand movement is performed. Indeed, modulation of parts of the non-mirroring network and interhemispheric projections can result in enhanced mirror movements (MM). It is not known whether specific interventions can decrease MM. The clinical and methodological studies that compose the present thesis have two main objectives: (1) Determine whether transcranial direct-current stimulation (tDCS) can be used to assess non-mirroring network function and reduce MM intensity in healthy individuals; (2) Characterize brain function and anatomy in two clinical populations presenting specific genetic mutations that affect the development of structures involved in the lateralization of movement (the CC and CST). Article 1 provides a theoretical basis for the present essay through a review of the literature pertaining to interhemispheric interactions in the production of unilateral movements. Article 2 shows that tDCS can be used to study the non-mirroring network since a bilateral stimulation protocol significantly increased the intensity of physiological MM (pMM) in healthy individuals. However, despite different stimulation protocols, it was not possible to reduce pMM. In article 3, anatomical MRIs performed in individuals born without a CC revealed increases in cortical thickness in primary somatosensory (S1) and visual (V1) cortex, as well as in the hand representation of M1. Taken together, however, the data suggest that anatomical differences between acallosal patients and healthy participants are relatively subtle considering the size and function of the CC. Article 4 showed that individuals presenting a mutation on the DCC gene display a phenotype similar to that of individuals presenting a mutation on the RAD51 gene. DCC mutations affect the crossing of the CST at the pyramidal level, resulting in a CST that projects to both hands simultaneously, causing congenital mirror movements (CMM). This pathological condition is accompanied by neurophysiological anomalies that include reduced interhemispheric inhibition (IHI). In summary, the studies comprised in the present thesis significantly increase our knowledge of the specific brain structures that enable the proper lateralization of movements. It also describes novel methods that can be used to investigate the non-mirroring network.