L’objectif de ce travail a été d’analyser les effets d’une préparation motrice sur l’activité des motoneurones (MN). Pour cela, des protocoles expérimentaux combinant l’enregistrement unitaire de l’activité des unités motrices des muscles extenseurs du poignet avec des paradigmes de préparation motrice de nature temporelle ont été utilisés chez l’Homme. L’analyse des caractéristiques de la décharge tonique des MN montre un allongement des intervalles inter-potentiels associé à une diminution de leur variabilité durant la période préparatoire, bien avant que la réponse motrice ne soit déclenchée. Ces changements démontrent clairement l’implication de mécanismes inhibiteurs spinaux au cours de la préparation motrice pouvant s’exercer au travers d’interneurones prémotoneuronaux. Il est montré que les modulations d’activité motoneuronales induites par la préparation motrice ne sont ni spécifiques au muscle effecteur de la réponse motrice ni prédictifs de la performance. Il est proposé que l’inhibition exercée sur les MN pendant la préparation motrice constitue un mécanisme généralisé de frein pour retenir le déclenchement prématuré de la réponse motrice, tandis que la diminution de variabilité dans la décharge serait un phénomène de compensation, permettant de produire des forces stables malgré la désactivation motoneuronale. L’implication du niveau motoneuronal dans la préparation motrice montre qu’une information au préalable influence l’état du système moteur jusqu’à son élément le plus périphérique, supportant ainsi le caractère hautement distribué des processus préparatoires. Ce travail a également conduit à proposer l’utilisation de l’entropie approximative pour l’analyse de l’activité motoneuronale, permettant d’éviter les écueils liés aux méthodes classiques d’analyse tout en respectant l’hypothèse d’un codage neuronal temporel. / The aim of this work was to analyze the effects of motor preparation on motoneuron (MN) activity. For this purpose, recordings of wrist extensor muscles motor unit activity were combined with time motor preparation paradigms in Human. Changes in the MN tonic discharge were found to occur during preparatory period, i.e. well before it is time to act. These changes were a lengthening of the mean inter-spike interval associated with a decrease of its variability. These data clearly demonstrate that spinal inhibitory mechanisms are activated during motor preparation and suggest the involvement of premotoneuronal interneurons. The modulations of motoneuronal activity induced by the motor preparation are neither specific to the agonist muscle involved in the motor response nor predictive of the performance. It is assumed that the inhibition acting on the MN during the motor preparation constitutes a general braking mechanism serving to prevent premature motor response, whereas the decrease of discharge variability would be a compensatory phenomenon, allowing to produce an efficient steady force in spite of lower motoneuronal activation. The involvement of the motoneuronal level in motor preparation demonstrates that advance information may influence the state of the motor system, including even the most peripheral motor neurons in the spinal cord, which supports the idea that motor preparation involves highly distributed functional processes. In addition, this work led us to argue in favor of the approximate entropy analysis as a suitable method for analyzing spike trains, allowing to detect changes in the regularity of the time-ordered inter-spikes intervals.

Ce travail s'intéresse à l'organisation fonctionnelle du système sensorimoteur. La somatotopie est une caractéristique essentielle de M1, mais l'organisation fonctionnelle des autres aires motrices (PM, SMA, et IPL) n'est pas encore clairement établie. Premièrement, nous avons exploré par IRMf l'organisation fonctionnelle sensorimotrice chez des sujets sains exécutant des mouvements simples. Nos résultats montrent que les représentations motrices sont organisées selon des synergies musculaires et qu'une organisation somatotopique, différente de celle de M1, existe dans l'IPL. Bien qu'elle fasse régulièrement l'objet de critiques, la DES est à la base de la plupart de nos connaissances sur le cortex moteur, que confirme les études en IRMf. Ainsi, en réponse au débat en cours, nous avons passé en revue les arguments récents confortant la confiance que nous pouvons accorder à la DES. Des études récentes concluent à l'implication du PPC dans l'intention motrice, mais le débat reste ouvert sur la relation entre intention et préparation motrices. Certains prétendent que l'intention serait le sous-produit de la préparation motrice, ne laissant aucune place à la volonté dans le contrôle moteur. Pour étudier cette question, nous avons mis en place une expérience comportementale, incluant des tâches de réaction simple et de Libet pour comparer les deux processus cognitifs. Nos résultats montrent que le temps de réaction entre intention interne et réaction motrice est égal à celui séparant commande externe et réaction motrice. Cela contredit donc l'affirmation selon laquelle la préparation motrice précèderait l'intention et donc que l'intention émergerait du processus d'intention motrice / In this thesis, I am interested in the functional organization of human cortical sensorimotor system. Somatotopy is the prominent structure of the functional organization in sensory and motor cortex. However, the structure of the functional organization in higher order motor area, such as IPL is little known. Therefore, in the first part, I study the functional organization of human sensory- and motor- related brain regions using fMRI, by guiding healthy subjects to perform simple repetitive movements of different body parts. Our results demonstrate that, 1) motor synergy is the neural basis represented in the motor cortex; and 2) somatotopic organization also exists in IPL but with different structure from that of sensorimotor cortex. Despite continuous criticism on DES, most of our primitive knowledge of the sensorimotor cortex comes from DES studies, and our fMRI result supports the findings of DES. In response to the ongoing debate on DES, in the second study, we review recent evidence to re-establish the confidence on DES. Accumulating evidence indicates that PPC is related to the emergence of motor intention. However, debate on the relation between motor intention and preparation never stops, some claims that motor intention is the byproduct from motor preparation, thus denying the volition of human motor control. Besides this complexity, we design a straightforward behavior experiment, including simple reaction task and Libet task, in order to compare the cognitive process of motor preparation and motor intention. Our result shows that RT from internal motor intention to motor output is equal to the RT from external cue to motor output, thus rejecting the possibility that motor preparation starts in advance of motor intention and doesn't support that motor intention arises from the process of motor intention