L’aphasie est un symptôme fréquent après un AVC et a un impact majeur social, économique, médical et psychologique sur les patients. Des études récentes ont tenté avec peu de succès de rechercher des critères pronostiques cliniques précoces de récupération d’une aphasie. L’enjeu de cette possibilité de prédiction est un enjeu majeur clinique et scientifique et peut influencer la prise en charge ré-éducative décidée dès les premiers jours après l’AVC. De plus, l’étude clinico-physiologique de la récupération du langage permettrait de mieux comprendre les mécanismes de plasticité cérébrale mis en jeux. Tout d’abord, nous allons nous intéresser chez le sujet sain à l’implication du cortex moteur dans des tâches de perception, renforçant l’idée que cette structure anatomique jouerait un rôle plus étendu que celui auquel elle a été reléguée pendant de nombreuses années, puis nous allons explorer des facteurs prédictifs de la récupération de l’aphasie, les facteurs langagiers dans un premier temps et des facteurs électrophysiologiques, notamment via la TMS explorant l’intégrité du cortex moteur, et leur contribution dans la prédiction de la récupération. / Considering the high incidence of post-stroke aphasia and its significant social and economic impact, better understanding the mechanisms of language recovery in order to predict patient’s outcome and to optimize rehabilitation is a clinical and scientific challenge. Here we aimed to study whether the motor cortex is involved in speech and language perception, suggesting this structure could play a crucial role. Then, we investigated whether some language features could contribute to the prognosis of aphasia recovery. Finally, we investigated whether the anatomofunctional evaluation of the corticomotor pathway using TMS could improve the prediction of post stroke aphasia recovery.

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

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

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Le travail accompli au cours de mes études de doctorat permet de mieux comprendre l'organisation et le mode d'opération du cortex moteur. Les études rapportées dans cette thèse décrivent la relation entre l'activité du cortex moteur primaire et l'activité motrice qu'elle génère. Elles lèvent le voile sur certaines interactions intrinsèques du cortex moteur et apportent ainsi des éclaircissements importants sur son mode de fonctionnement. Cette thèse est d'abord constituée d'une introduction présentant l'organisation générale des structures impliquées dans le contrôle des mouvements. Elle comprend également quelques discussions sur des études antérieures pertinentes aux projets de recherches présentés par la suite. Ceux-ci constituent le corps de la thèse. Ils sont présentés sous forme de trois articles, rédigés en anglais. Le premier couvre plusieurs propriétés d'entrée-sortie du cortex moteur du chat sous anesthésie. Différentes conditions d'activation corticale sont analysées et mises en relation avec les réponses motrices afin d'évaluer les caractéristiques du contrôle corticomoteur. Le second article discute des interactions entre les sorties motrices de deux points du cortex moteur. Il y est démontré que l'activité musculaire et les mouvements évoqués par l'activation corticale simultanée de deux points corticaux se combinent de façon linéaire. Quant au troisième article, il traite d'un mécanisme de couplage fonctionnel entre les points corticaux impliquant la levée d'inhibition. Les résultats présentés prouvent qu'il est possible pour deux points corticaux contrôlant des muscles antagonistes d'interagir et de combiner leur sorties motrices. Le dernier chapitre de la thèse comprend d'abord la présentation de données anatomiques du cortex moteur permettant de mieux comprendre et d'évaluer les principaux résultats obtenus lors de mon doctorat. Il est complété par une discussion générale apportant une interprétation plus élaborée des résultats obtenus, tout en les plaçant dans un contexte plus large. Il s'en dégage une vue d'ensemble rassemblant toutes les observations rapportées dans cette thèse et résumant l'avancement scientifique qu'elle apporte.

Québec Université Laval, Bibliothèque 2014

Les maîtres ont à structurer le contenu de leur enseignement avant de poser leurs interventions pédagogiques. Les maîtres du Secteur Professionnel oeuvrent dans un secteur particulier, avec des élèves particuliers et en ayant eux-mêmes une formation particulière. Tout comme les maîtres d'autres secteurs, ils disposent d'un programme provenant du Ministère de l'Education. Mais souvent le maître a un pas à franchir entre le programme cadre et l'atelier de pratique pour avoir en main des éléments de contenus structurés capables de répondre aux différents besoins à combler. Le but de cette recherche était de concevoir et d'expérimenter une méthode pour structurer des contenus pour des objectifs terminaux d'habiletés motrices de type procédure. Elle voulait ainsi répondre à la question suivante: "Est-il pertinent, pour le maître du Secteur Professionnel, d'utiliser la méthode de structuration de contenus développés pour mener l'étude, pour structurer des contenus pour des objectifs terminaux d'habiletés motrices de type procédure?" Deux groupes de sujets ont été utilisés pour conduire l'étude. Le groupe expérimental a appris la technique élaborée pour mener la recherche pour structurer des contenus, alors que le groupe témoin n'a été soumis à aucun apprentissage relié à une technique de structuration. Un pré­test a déterminé l'équivalence entre les groupes quant à cette dimension alors que le post-test a demandé à tous les sujets de structurer le contenu pour l'enseignement des deux objectifs terminaux d'habiletés motrices de type procédure donnés. De plus, les sujets ont complété une échelle d'évaluation qui voulait établir s'il existait une différence dans la perception des sujets quant à l'importance accordée à la structuration des contenus pour l'enseignement d'habiletés motrices, par le fait qu'un groupe avait été mis en contact avec le modèle développé. Les résultats obtenus ont démontré que le groupe de sujets qui a utilisé la technique pour structurer des contenus a déterminé un nombre plus élevé d'éléments de contenus pertinents à enseigner et qu'il a établi un nombre plus élevé de relations pertinentes entre les éléments de contenus. Par ailleurs, les résultats n'ont pas fait apparaître de différence significative dans la perception des sujets quant à l'importance accordée à la structuration des contenus pour l'enseignement des habiletés motrices de type procédure par le seul fait d'avoir été ou pas mis en contact avec la méthode de structuration développée. Cependant, les deux groupes se sont entendus pour trouver cette dimension importante. De plus, l'étude a aussi cherché à établir une relation pouvant exister entre le degré de capacité analytique initial des sujets et leurs résultats au posttest en structuration de contenus. Il n'a pas été possible de voir apparaître de relations consistantes dans ces performances mais -il ne faut pas pour autant conclure qu'il n'existe pas de relations. Il faut plutôt se demander si l'utilisation d'un autre type de test capable de mesurer la capacité analytique des sujets ne parviendrait pas à faire ressortir des éléments intéressants à retenir. Comme il n'a pas été possible de relater de recherche similaire au travail mené, le modèle de structuration de contenus qui a été élaboré combine uniquement des éléments des travaux de théoriciens s'intéressant à l'habileté motrice (Singer et Dick, 1974), à la structuration de contenus (Gagné et Briggs, 1979) et à l'apprentissage (Gagné, 1965, 1972, 1977, 1985; Landa, 1974, 1976). Ainsi, pour mener l'étude à son terme, tout le matériel utilisé a dû être développé. / Québec Université Laval, Bibliothèque 2016

La modélisation est une technique d'enseignement étudiée dans les domaines de l'apprentissage moteur, des neurosciences, de l'enseignement et de la musique. Cependant, on ignore si cette technique peut être efficace pour mémoriser la notation musicale pour piano, en particulier pour les jeunes élèves. Cette étude a donc examiné l'effet de la pratique instrumentale utilisant différentes conditions de modélisation sur la mémorisation d'une pièce de piano. Ces conditions de modélisation étaient les suivantes: modélisation auditive et modélisation vidéo avec indices. L'étude comportaitune quasi-expérience avec 24 jeunes élèves de piano de 3e année du Conservatoire royal de musique (CRM) au Canada ou l'équivalent. Les participants ont pratiqué avec une condition de modélisation afin de déterminer quelle condition produirait les meilleurs résultats de rétention mnémonique. Les résultats ont montré que la modélisation vidéo avec indices était l'outil de pratique le plus efficace en termes d'erreurs de notes et de rythmes, lorsqu'elle est comparée à la modélisation audio et aux groupes de pratique libre. Ces résultats appuient les recherches en neurosciences selon lesquelles l'utilisation de techniques visuelles, auditives et motrices produisent la meilleure rétention. Cela offre un grand potentiel pour l'utilisation de la modélisation vidéo avec repères comme outil de pratique pour les élèvesen piano afin d'améliorer la mémorisation. / Modeling is a teaching technique that is studied in the fields of motor learning, neuroscience, teaching, and music. Yet it is unknown whether this technique can be effective in memorizing piano music especially for young students. Therefore, this study examined the effect of practicing with different modeling conditions on memorizing a piano piece. These modeling conditions were: aural modeling, and video modeling with cues. The study conducted a quasi-experiment with 24 young piano students at Grade 3 level of the Royal Conservatory of Music (RCM) in Canada or equivalent. Participants practiced with one modeling condition in order to measure which condition would produce best retention results. Results showed that video modeling with cues seemed to be the most effective practice tool in terms of low note mistakes and rhythm mistakes compared to audio modeling and free practice groups. This finding supports neuroscience research that states that the use of visual, aural and motor techniques produce the best memory recall. This provides great potential for using video modeling with cues as a practice tool for pianostudents for better memorization.

Ce mémoire s’organise autour de trois études qui ont testé si les déficits corticomoteurs et cognitifs répertoriés dans la littérature pendant l’enfance et l’adolescence étaient observables à l’âge adulte. Pour ce faire, de jeunes adultes nés prématurément (PT, ≤ 33 semaines de gestation) ont été comparés à un groupe de jeunes adultes nés à terme (> 37 semaines de gestation, appariés pour l’âge et le sexe) au niveau du fonctionnement moteur cérébral (évalué par stimulations magnétiques transcrâniennes du cortex moteur primaire – TMS de M1) et cognitif (batterie standardisée électronique - TAP 2.3). L’étude 1 a révélé un fonctionnement sous-optimal des voies callosales reliant les deux aires motrices primaires (contrôle moteur des mains) pour le groupe PT qui se caractérise par un temps de transfert interhémisphérique plus long (latence plus longue pour le test de l’inhibition interhémisphérique) et une inhibition interhémisphérique plus courte. L’étude 2 a montré que le groupe PT présentait une asymétrie de l’excitabilité de base du M1 (testé par TMS) avec un hémisphère non dominant moins excitable (seuil moteur plus haut) que le dominant et que les deux hémisphères du groupe né à terme. Les résultats ont démontré également que les mécanismes inhibiteurs de planification motrice n’étaient pas fonctionnels chez une majorité de participants PT par rapport aux participants nés à terme, et ce, pour les deux hémisphères. Enfin, l’étude 3 (étude pilote) a détecté des difficultés d’attention soutenue plus marquées pour le groupe PT de même qu’une estime de soi fragilisée. L’ensemble de ces résultats suggère que le fonctionnement moteur cérébral des jeunes adultes PT demeure différent (tout comme cela est répertorié à l’enfance et à l’adolescence) et que cela peut s’accompagner d’un fonctionnement cognitif sous-optimal. Ce mémoire doctoral contribue à une meilleure compréhension des répercussions à long terme d’une naissance prématurée sur le développement. Les indicateurs cérébraux et cognitifs identifiés comme étant toujours déficitaires à l’âge adulte pourraient faire l’objet d’une attention particulière lors des programmes thérapeutiques à l’enfance afin d’éviter, ou du moins diminuer, les déficits à long terme. / The advent of technology in neonatal care units has increased the survival rate of premature infants. However, there is still room to better understand the deleterious impacts of prematurity on the brain and cognition over lifespan, including the early adulthood that has poorly been studied to date. This thesis tested the mechanism of interhemispheric inhibition by the ipsilateral silent period (iSP) (reflecting the integrity of callosal function) and intracortical inhibition (ICI reflecting synaptic organization for planning the action) along with the cognitive function in young adults born prematurely (PT). A group of young adults born prematurely (PT, ≤ 33 weeks gestation) were compared to a group of young adults born at term (Term> 37 weeks of gestation, matched for age and education). iSP and ICI were tested with transcranial magnetic stimulation of the primary motor cortex of hand. As compared to the term group, the study 1 showed that PT had fewer occurrences of iSP (p < 0.0001), longer iSP latency (interhemispheric transfer, p=0.004) and shorter iSP duration (p < 0.0001). In study 2, less excitability in the nondominant hemisphere (p=0.001), and less ICI (37.5% in PT group vs. 100% in terms) was observed. This suboptimal regulation between hemispheres and intracortical motor function was parallelled by difficulties to sustain attention in PT as assessed by neuropsychological testing in the 3rd study. This thesis suggests that brain function known to be impaired in PT children and adolescents remained suboptimal at early adulthood and may explain some minor cognitive impairments detected. These brain indicators of a long-term influence of prematurity should be used earlier to test the efficacity of rehab programs on modules recognized to be specifically impaired in adulthood.

Ce document fait la synthèse d'un ensemble de travaux concernant la nature de la plasticité neuronale et la manière dont la neurostimulation peut être utilisée pour améliorer la récupération motrice après une atteinte neurologique. Nous commençons par les principes fondamentaux généraux des neurosciences, la structure du système nerveux moteur chez l'homme et le rat, ainsi qu'une brève discussion sur les lésions neurologiques. Les sujets sont vastes et couverts avec la brièveté nécessaire, mais ils fournissent un contexte essentiel pour les chapitres suivants, présentés sous forme d'articles scientifiques. Dans le premier article, nous passons en revue le domaine de la neurostimulation sous ses aspects fondamental et clinique avec l'Accident Vasculaire Cerebral (AVC) en tant que maladie modèle pour les lésions neurologiques. Nous classifions les interventions de stimulation en trois modèles différents d'induction de la plasticité. Notre thèse centrale est qu'une meilleure compréhension des règles sous-jacentes de la plasticité, accompagnée de progrès dans une plus grande précision spatio-temporelle, est nécessaire pour faire avancer le domaine de la neurostimulation. Dans le deuxième article, nous décrivons, étape par étape, un nouveau protocole pour évaluer l'excitabilité corticospinale chez le rongeur éveillé pendant le comportement libre, ainsi que les plateformes matérielles et logicielles associées que notre équipe a développées à cette fin. L'une de ses principale caractéristique est la possibilité d'évaluer l'excitabilité corticomotrice en boucle fermée, en fonction de l'EMG, une nouvelle façon d'accroître l'uniformité des mesures sur des animaux en comportement. Cette plateforme de développement sera utile aux neuroscientifiques intéressés par l'évaluation de l'excitabilité du système nerveux chez les rongeurs éveillés par le biais d'une interrogation électrique ou optogénétique, un intermédiaire important avant les essais chez les primates non humains et éventuellement chez les humains. Dans le troisième article, nous avons utilisé cette plateforme prototype pour étudier la stimulation électrique associative appariée et le rôle de la plasticité dépendant de la synchronisation des potentiels d'action chez des rats implantés de façon chronique, sans l'influence de l'anesthésie. Nous nous sommes concentrés sur la variation systématique de l'intervalle entre la stimulation corticale et musculaire dans notre cohorte d'animaux afin de révéler l'effet de la synchronisation relative de l'activité aux niveaux cortical et spinal. Nous n'avons pas observé de potentialisation significative dans tous les intervalles de stimulation testés, mais plutôt des tendances vers des effets de type LTD dans la plupart des conditions de synchronisation. Nous discutons des raisons possibles pour lesquelles nous avons observé ces résultats. Dans le dernier article et dans le projet en cours, nous décrivons les premiers travaux prometteurs impliquant la neurostimulation optogénétique et électrique, ainsi que la réadaptation post-AVC comme tremplin pour des recherches futures. Nous concluons par une discussion générale et nous nous projetons dans l'avenir, tant à moyen qu'à long terme. La poursuite scientifique, tant sur le plan personnel que sur celui du domaine, se poursuivra, comme il se doit. Bien que ce travail soit conçu pour être lu dans un ordre séquentiel, chaque chapitre est indépendant. Collectivement, les travaux de cette thèse posent les bases et plaident en faveur d'une meilleure compréhension de la plasticité neuronale, du développement d'outils pour l'évaluer et de l'étude de ses applications pratiques pour parvenir à une meilleure récupération motrice après une lésion neurologique. / This document synthesizes a body of work concerning the nature of neural plasticity and how neurostimulation may be used to improve motor recovery after neurological insult. We begin with general foundational principles in neuroscience, the structure of the nervous and motor systems in humans and rats, and a brief discussion of neurological injury. The topics are broad and covered with the necessary brevity, but provides critical context for the following chapters. In the first paper, we review the fields of neurostimulation across the clinical and basic science domains in the service of stroke as a model disease for neurological injury, framing the field in terms of three different models of plasticity induction. Our central thesis here is that enhanced understanding of the underlying rules of plasticity, accompanied with advances in greater spatiotemporal precision is necessary to move the field of neurostimulation forward. In the second paper we describe a stable, novel step-by-step protocol to assess corticospinal excitability in the awake, freely behaving rodent, and the associated hardware and software platforms that our team has developed for this purpose. A core feature enables corticomotor excitability assessment in a closed-loop, Electromyogram (EMG)-dependent manner, a novel way of increasing consistency during free behavior in untrained animals. This development platform will be of use to neuroscientists interested in assessing the excitability of the nervous system in awake, unrestrained rodents via electrical or optogenetic interrogation, an important intermediary before trials in non-human primates and eventually humans. In the third paper, we used this prototype platform to investigate electrical paired associative stimulation and the role of spike-timing-dependent plasticity in chronically implanted rats, without the influence of anaesthesia. Our focus was on systematically varying the Inter-Stimulus Interval (ISI) between cortical and muscle stimulation in our animal cohort in order to reveal the effect of relative activity timing at both the cortical and spinal levels. We did not observe significant potentiation across all of the stimulus intervals we tested, but instead observed trends towards Long-Term Depression (LTD)-like effects in the short term across most timing conditions. We discuss possible reasons why we observed these results. In the final paper and project currently in progress, we describe early promising work involving optogenetic and electrical neurostimulation, and stroke recovery as a launchpad for future investigations. We conclude with a general discussion and peer into the future, both in the medium term and the long term. The scientific pursuit, both personally and as a field will continue, as it should. Although this work is designed to be read in sequential order, each chapter stands alone. Collectively, the work in this thesis lays the groundwork and argues for a greater understanding of neural plasticity, development of tools to assess it, and study of its practical applications to achieve enhanced motor recovery after neurological injury.