L'accomplissement d'un mouvement volontaire suppose la mise en jeu de processus de préparation qui prédéterminent l'efficacité du comportement moteur. Cette préparation motrice peut être dépendante de l'incertitude temporelle et/ou événementielle prise en compte par le système nerveux central en vue de réaliser l'acte moteur. Cependant, cette activité motrice intentionnelle est confrontée à deux exigences apparemment contradictoires qui sont d'une part, le mouvement de certains segments corporels orientés vers un but et d'autres part la stabilisation des autres segments du corps afin de maintenir l'équilibre. Ce travail vise à croiser les données issues du champ de la chronométrie mentale avec celles issues du domaine du contrôle postural en vue de mettre en évidence l'impact de la préparation motrice sur la coordination entre la posture et le mouvement. La recherche présentée ici a pour ambition de modifier la qualité de la préparation motrice afin 1) de montrer que la coordination posture/mouvement est dépendante des processus de préparation, et 2) d'évaluer cette préparation au regard des effets des différentes incertitudes temporelles et événementielles sur les ajustements posturaux anticipés (APAs).<br />Ainsi, ce travail doctoral supporte l'idée que la composante posturale d'une tâche posturo-cinétique est dépendante d'une certaine préparation. Cette dernière l'influence grâce aux différents impacts dont elle dispose sur le système de traitement de l'information.

Ce travail doctoral poursuivait deux objectifs : D'une part, proposer une triple contribution méthodologique à l'analyse de la coordination motrice. Cette contribution consiste premièrement à analyser la sensibilité des résultats d'une procédure de dynamique inverse à la qualité des données d'entrée anthropométriques et à proposer une recommendation quant à la méthode d'estimation des BSP à utiliser pour déterminer au mieux les moments musculaires nets. Deuxièmement, une évolution d'un modèle biomécanique associant des données périphériques de différente nature (cinématique, anthropométrie, torseur dynamique externe, EMG) dans une procédure d'optimisation numérique et permettant d'estimer les moments développés par les groupes musculaires agoniste et antagoniste de l'articulation du genou est présentée. Les évolutions apportées visent à prendre en compte la baisse de capacit'e de production de force du groupe musculaire dûe à la fatigue en se basant sur une analyse fréquentielle du signal EMG réalisée par une transformée en ondelettes. Troisièmement, une méthode d'estimation des tensions musculaires est développée avec pour objectif une prédiction optimale de l'activité musculaire antagoniste. D'autre part, analyser la coordination musculaire lors d'une tâche de "squat" réalisée en présence d'une perturbation interne ou externe des conditions de réalisation de la tâche. L'ajout d'une charge supplémentaire modifiait les conditions externes de réalisation de la tâche tandis que la présence d'une fatigue musculaire représentait une perturbation interne. Les résultats de l'analyse de la coordination musculaire montrent une exploitation de la redondance musculaire orientée vers la stabilité de l'articulation et la production de mouvements coordonnés. De plus, la gestion de cette redondance en présence de fatigue diffère de celle observée lors de l'ajout d'une charge. Le Système Nerveux Central exploite donc différemment, mais toujours de manière optimale, la redondance musculaire pour faire face à une perturbation.

La pratique physique a longtemps été perçue comme le déterminant premier de l’apprentissage du mouvement. Souvent exprimée par l’expression « Vingt fois sur le métier remettez votre ouvrage», cette idée se base sur l’observation qu’une grande quantité de pratique est nécessaire pour maîtriser un geste technique complexe. Bien que l’importance de la pratique physique pour l’apprentissage du mouvement demeure indéniable, il a récemment été démontré que les changements neurobiologiques qui constituent les bases de la mémoire prennent place après la pratique. Ces changements, regroupés sous le terme « consolidation », sont essentiels à la mise en mémoire des habiletés motrices. L’objectif de cette thèse est de définir les processus de consolidation en identifiant certains facteurs qui influencent la consolidation d’une habileté motrice. À l’aide d’une tâche d’adaptation visuomotrice comportant deux niveaux de difficulté, nous avons démontré qu’une bonne performance doit être atteinte au cours de la séance de pratique pour enclencher certains processus de consolidation. De plus, nos résultats indiquent que l’évaluation subjective que l’apprenant fait de sa propre performance peut moduler la consolidation. Finalement, nous avons démontré que l’apprentissage par observation peut enclencher certains processus de consolidation, indiquant que la consolidation n’est pas exclusive à la pratique physique. Dans l’ensemble, les résultats des études expérimentales présentées dans cette thèse montrent que la consolidation regroupe plusieurs processus distincts jouant chacun un rôle important pour l’apprentissage du mouvement. Les éducateurs physiques, les entraineurs sportifs et les spécialistes de la réadaptation physique devraient donc planifier des entrainements favorisant non seulement l’acquisition de gestes moteurs mais également leur consolidation. / Physical practice has long been regarded as the single most determinant factor of motor skill acquisition. Often expressed by the old adage “practice makes perfect,” this idea easily relates to the common observation that extensive practice is necessary to master complex motor skills. Although the importance of physical practice for motor skill learning is undeniable, recent evidence demonstrates that the neurobiological changes that constitute the foundation of memory occur after physical practice. Regrouped under the term “consolidation”, these changes are essential for the memory storage of motor skills. The objective of this thesis was to identify factors that influence motor skill consolidation. Using a visuomotor adaptation task with two levels of difficulty, we showed that a good performance must be attained during practice to trigger certain consolidation processes. In addition, our results indicate that the learner’s subjective evaluation of his/her own performance can also modulate consolidation. Finally, we showed that observation triggers consolidation processes, indicating that consolidation is not exclusive to physical practice. Together, the results presented in this thesis demonstrate that consolidation regroups several distinct processes that each plays an important role for motor skill learning. Physical education teachers, athletic coaches and rehabilitation specialists should therefore plan training schedules favoring not only motor skill acquisition but also motor skill consolidation.

La présente étude avait pour but d’explorer les modulations fonctionnelles putaminales du signal de spectroscopie par résonance magnétique (SRM) combiné du glutamate et de la glutamine (Glx), ainsi que de l’acide γ-aminobutyrique (GABA) en lien avec l’apprentissage d’une séquence motrice. Nous avons émis l’hypothèse que les concentrations de Glx seraient spécifiquement augmentées pendant et après la pratique d’une telle tâche, et ce comparativement à une condition d’exécution motrice simple conçue pour minimiser l’apprentissage. La tâche d’appuis séquentiels des doigts (« finger taping task ») utilisée est connue pour induire un apprentissage moteur évoluant en phases, avec une progression initialement rapide lors de la première session d’entraînement (phase rapide), puis lente lors de sessions subséquentes (phase lente). Cet apprentissage est également conçu comme dépendant de processus « on-line » (pendant la pratique) d’acquisition et « off-line » (entre les périodes de pratique) de consolidation de la trace mnésique de l’habilité motrice. Une grande quantité de données impliquent le système de neurotransmission glutamatergique, principalement par l’action de ses récepteurs N-Méthyl-D-aspartate (NMDAR) et métabotropiques (mGluR), dans une multitude de domaine de la mémoire. Quelques-unes de ces études suggèrent que cette relation s’applique aussi à des mémoires de type motrice ou dépendante du striatum. De plus, certains travaux chez l’animal montrent qu’une hausse des concentrations de glutamate et de glutamine peut être associée à l’acquisition et/ou consolidation d’une trace mnésique. Nos mesures de SRM à 3.0 Tesla, dont la qualité ne s’est avérée satisfaisante que pour le Glx, démontrent qu’une telle modulation des concentrations de Glx est effectivement détectable dans le putamen après la performance d’une tâche motrice. Elles ne nous permettent toutefois pas de dissocier cet effet putativement attribuable à la plasticité du putamen associée à l’apprentissage moteur de séquence, de celui de la simple activation neuronale causée par l’exécution motrice. L’interprétation de l’interaction non significative, montrant une plus grande modulation par la tâche motrice simple, mène cependant à l’hypothèse alternative que la plasticité glutamatergique détectée est potentiellement plus spécifique à la phase lente de l’apprentissage, suggérant qu’une seconde expérience ainsi orientée et utilisant une méthode de SRM plus sensible au Glx aurait donc de meilleures chances d’offrir des résultats concluants. / The present study explored motor learning-related functional changes in putaminal combined glutamate and glutamine (Glx) and γ-Aminobutyric acid (GABA) magnetic resonance spectroscopy (MRS) signal. It was hypothesized that Glx concentrations would specifically increase during and after learning of a sequential finger tapping task (sFTT), as compared to execution of a simple motor task designed to elicit minimal learning. Learning of sFTT is known to evolve in an initial fast progressing stage during the first practice session (fast learning stage), followed by a slower progression during later sessions (slow learning stage). It is also thought to depend on both on-line (during practice sessions) acquisition and off-line (between practice sessions) consolidation processes to create, transform and assure retention of a motor skill memory trace. A body of data implicates glutamatergic neurotransmission, especially through its N-Methyl-D-aspartate (NMDAR) and metabotropic (mGluR) receptors, in many memory systems, some of which apply to motor learning and striatal-dependant learning. Moreover, some animal studies suggest that Glx concentrations can be upregulated in relation to memory acquisition and/or consolidation. Our MRS acquisitions, of which the quality happened to be sufficient only for Glx quantification, allowed the detection of an augmentation in putaminal Glx occurring after motor task execution. However, our data could not ascribe this modulation specifically to motor learning related plastic changes, at the exclusion of simple neural activation related to motor execution. Nevertheless, the interpretation of the non-significant interaction, showing a larger Glx change in response to the simple motor task compared to sFTT, leads to the possibility that the detected glutamatergic plasticity may be specifically associated to the slow learning phase. We therefore suggest that testing this alternate hypothesis in a second experiment, using an MRS technique with more sensibility to Glx could yield more convincing results.

La récupération fonctionnelle des patients victimes d'un accident vasculaire cérébral (AVC) ischémique est largement sous-tendue par les propriétés plastiques du cerveau et plus précisément par sa capacité à remodeler les réseaux de neurones épargnés par l'infarctus. Les études réalisées sur différents modèles animaux d'infarctus cérébral s'accordent à montrer que ces changements plastiques sont induits par le BDNF (Brain-Derived Neurotrophic Factor). Aussi, augmenter les taux cérébraux de BDNF est considéré comme une stratégie thérapeutique prometteuse de réduction des déficiences post-AVC. Dans ce contexte, notre travail avait 2 objectifs : 1) chez le rat, identifier les cellules impliquées dans la surproduction de BDNF et évaluer la pertinence de la mesure des taux circulants de BDNF pour estimer les taux de BDNF présents dans le cerveau, 2) chez le patient victime d'un infarctus cérébral, étudier l'efficacité de la fluoxétine sur la récupération motrice à 3 mois, la fluoxétine étant un inhibiteur spécifique de la recapture de la sérotonine commercialisé comme antidépresseur et capable non seulement d'augmenter la production cérébrale de BDNF mais aussi de stimuler la plasticité post-lésionnelle.Les études précliniques ont été réalisées chez le rat soumis à l'embolisation unilatérale du cerveau par un nombre variable de microsphères (en carbone et calibrées à 50 µm) afin de reproduire le large panel de souffrance cérébrale rencontré en clinique. Le BDNF a été mesuré dans le cerveau et dans le sang (plasma et sérum par technique ELISA) avant et après (4, 24h et 8j) embolisation. Nos résultats montrent :- que la production de BDNF est plus intense et plus durable dans l'hémisphère embolisé que dans l'hémisphère non embolisé et que cette production est indépendante du degré d'embolisation, marqueur indirect de la souffrance cérébrale. - que les cellules non-neuronales deviennent une source non négligeable de BDNF en cas d'ischémie, notamment les cellules endothéliales et microgliales avant 24h et les astrocytes au temps 8j.- que les taux circulants et cérébraux de BDNF ne sont pas corrélés mais qu'il existe une corrélation entre le BDNF plasmatique mesuré au temps 4h et le degré d'embolisation.L'étude clinique correspond à un essai randomisé contrôlé en double aveugle comparant la fluoxétine (20mg/j, voie orale, pendant 3 mois et débutée entre 5 et 10j après les premiers symptômes) au placebo chez des patients présentant un déficit moteur modéré à sévère sur l'échelle motrice de Fugl-Meyer (n=59 dans chaque groupe). Nos résultats montrent que l'amélioration de la fonction motrice est meilleure sous fluoxétine que placebo. En conclusion, notre travail montre l'intérêt des médicaments capables d'augmenter le BDNF et la plasticité post-lésionnelle pour améliorer le pronostic clinique de l'AVC et identifie pour la première fois les cellules endothéliales cérébrales comme une cible potentielle de ces médicaments. Il remet également en cause l'idée largement répandue selon laquelle les taux circulants de BDNF varient dans le même sens que les taux cérébraux.

Cette thèse présente une approche neuro-robotique du contrôle du mouvement d'atteinte pour des systèmes anthropomorphes tels que les robots humanoïdes. L'objectif de cette étude est double. D'une part, elle présente un état de l'art des modèles de commande existant en neurosciences du mouvement et décrit un ensemble de principes de contrôle moteur pouvant être utilisés pour la commande des robots humanoïdes. D'autre part, elle propose une utilisation de formalismes issus de la robotique pour la modélisation des processus de transformations sensori-moteurs nécessaires à l'exécution d'un mouvement volontaire. En particulier, il est mis en évidence que le formalisme de la commande référencée capteur et les modèles cinématiques et dynamiques des chaînes articulées, qui jouent un rôle essentiel pour la modélisation du problème de commande du mouvement en robotique, peuvent apporter des éléments clés pour répondre à des questions ouvertes en neurosciences. Sur le premier aspect du travail, nous avons développé une méthode de contrôle, basée sur un modèle d'optimisation du mouvement proposé en neurosciences, que nous avons ensuite appliquée à la commande des mouvements d'atteinte du robot HRP2. Les mouvements produits par cette méthode paraissent très ressemblants aux mouvements observés chez l'homme et présentent les caractéristiques principales des mouvements humains, à savoir : trajectoire quasirectiligne de la main avec profil de vitesse en forme de cloche. Nous avons également développé une autre méthode de contrôle inspirée de la théorie des primitives motrices en neurosciences. Cette méthode permet de simplifier la complexité du problème de commande en produisant rapidement des mouvements réalistes du robot à partir d'un ensemble de mouvements de référence. Ces différents résultats montrent que les théories du contrôle moteur humain peuvent être utilisées avec succès pour élaborer des méthodes de contrôle du mouvement d'atteinte des robots humanoïdes. Sur le deuxièm e aspect du travail, nous avons développé un modèle de coordination main-oeil pour tester et comparer des mouvements produits à partir d'un référentiel oculo-centré et d'un référentiel corps-centré. Ce modèle, qui repose sur des contrôleurs biologiquement inspirés de l'oeil et du bras, en boucle fermée sur les informations sensorielles, permet de commander simultanément le mouvement de la main vers la cible mobile et la direction du regard vers la cible. En comparant les trajectoires obtenues avec ce modèle en utilisant tour à tour le référentiel du corps et de l'oeil, nous montrons que les mouvements produits à partir du référentiel oculo-centré sont plus robustes par rapport aux erreurs de perception. Alors que la question de l'identification du référentiel utilisé par le cerveau pour le codage du mouvement fait l'objet d'un le débat controversé en neurosciences, ce résultat apporte des arguments de nature computationnelle en faveur d'un codage oculo-centré du mouvement d'atteinte visuellement guidé.

L'objectif de cette thèse est de mettre en évidence l'influence automatique que peuvent avoir les croyances stéréotypiques sur nos comportements. Utilisant une technique d'amorçage indirecte et des mesures comportementales, nous démontrons que l'activation du stéréotype associé aux personnes handicapées mène à une détérioration non-intentionnelle et non-consciente des performances motrices chez des individus valides. Cette détérioration correspond au contenu spécifique du stéréotype associé à la catégorie sociale (performances réduites) et traduit un effet d'assimilation. Cet effet s'avère être plus important chez les personnes étant familières (contacts fréquents) avec des membres de la catégorie sociale activée que chez des personnes non-familières. Par ailleurs, nos résultats montrent que les personnes handicapées elles-mêmes subissent également l'influence délétère du stéréotype négatif associé à leur groupe d'appartenance, ceci notamment en situation d'évaluation potentielle.

Un nombre non négligeable de patients ayant subi un accident vasculaire cérébral (AVC) vont développer une démence parfois associée à un handicap fonctionnel résiduel. Mon travail a pour but de mettre en place un suivi à long terme de l'ischémie cérébrale chez le rat afin de suivre et d'identifier de manière concomitante l'évolution des lésions cérébrales, les déficits fonctionnels afin d'explorer les mécanismes sous-jacents au développement de la démence post-ischémique. Des rats mâles de souche Wistar ont subi une ischémie cérébrale transitoire. Ces rats sont suivis par IRM à 24 heures, 7 jours, puis 1, 2, 4 et 6 mois de post-ischémie. En parallèle de ces examens, les animaux subissent une batterie de tests comportementaux, comprenant à la fois une étude des fonctions motrices et mnésiques. Après le sacrifice, les cerveaux sont récupérés à des fins histologiques et moléculaires. Des déficits moteurs et mnésiques sont décelés durant notre étude au sein du groupe I/R. L'étude in vivo par IRM a démontré une différenciation de la lésion et du tissu associé, dès 7 jours de reperfusion ainsi que l'apparition de différentes zones d'atrophie apparaissant au niveau de l'hippocampe et du cortex entorhinal dès 1 mois post-ischémie et perdurant le long de l'étude. L'étude histologique montre une diminution significative de la surface cellulaire dans les différentes zones hippocampiques associée à une moindre expression du facteur neurotrophique BDNF qui expliquerait le phénomène d'atrophie. Ces résultats prouvent la pertinence du modèle d'étude préclinique à long terme chez le rat pour reproduire des troubles du comportement en post-AVC.

Tout déplacement du regard dans l'espace 3D se décompose en une composante conjuguée (même direction pour les deux yeux) et une autre disconjuguée (directions opposées). Cette division reflète l'activation de systèmes distincts qui pourtant interagissent. Notre hypothèse est que cette interaction, traditionnellement localisée dans le tronc cérébral, a lieu à de multiples niveaux depuis le cortex et qu'elle est activée pour tous les mouvements oculaires. Au moyen de la stimulation magnétique transcrânienne (TMS), l'interaction est examinée dans l'initiation des combinaisons de saccades et de divergences et dans la coordination binoculaire des saccades. Lors des mouvements combinés, les déclenchements des saccades et de la divergence sont concertés. La TMS du cortex pariétal postérieur (PPC) retarde l'initiation des mouvements imprédictibles mais non des mouvements prédictibles : les mêmes aires, pariétales ou frontales selon la prédictibilité, coordonnent le déclenchement des deux composantes. La lecture est basée sur des séquences automatisées de saccades, dont la coordination est optimisée chez le jeune adulte avec une bonne vision binoculaire. La TMS du PPC perturbe la coordination des saccades isolées et des séquences entières de saccades de lecture. Pour la première fois, nous montrons que la coordination binoculaire est aussi corticale. Les résultats suggèrent une interaction corticale permanente entre les systèmes de saccade et de vergence. La régulation de la coordination au cours de la vie se base sur la plasticité et l'apprentissage de cette interaction. La thèse a des implications cliniques pour la rééducation des personnes avec des troubles de la coordination.

Des troubles moteurs ont été décrits dans les Troubles du Spectre Autistiques (TSA), toutefois tous les enfants atteints de TSA ne montrent pas de diminution des performances motrices. La nature et l'origine des perturbations motrices dans les TSA ne sont pas claires. Les processus neuro-développementaux, en lien avec la maturation du système nerveux central, sont peu explorés dans les TSA, or ces processus sous-tendent les performances motrices. Peu d'études portent sur l'analyse fine de la sémiologie des fonctions neuro-psychomotrices dans les TSA et l'existence d'une trajectoire neuro-développementale de ces fonctions n'est pas connue chez les enfants avec TSA. L'objectif de cette étude est de mettre en évidence la sémiologie des troubles psychomoteurs auprès d'enfants avec TSA, à l'aide d'une batterie standardisée Française d'évaluation développementale des fonctions neuro-psychomotrices de l'enfant (NP-MOT) (Vaivre-Douret, 2006). L'évaluation neuro-psychomotrice complète les évaluations de premières instances (psychiatrique; psychologique; compréhension; psychomotrice). L'identification d'un profil clinique neuro-psychomoteur, l'identification de troubles ou décalages par rapport à une norme de référence, la mise en évidence de fonctions cérébrales éventuellement touchées dans les TSA devraient permettre de mieux comprendre l'origine et la nature des troubles observés dans les TSA. Les résultats de plus en plus nombreux concernant la motricité chez ces enfants doivent pouvoir également être analysés au regard des évaluations cognitives et neuro-cognitives, afin d'affiner le profil de développement et permettre ainsi de mieux comprendre la nature des troubles autistiques parmi une comorbidité d'éventuels autres dysfonctionnements. / Motor disorders have been described in the Autistic Spectrum Disorders (ASD), however all children with ASD show no decrease in motor performances. The nature and origin of motor disturbances in ASD are unclear. Neurodevelopmental processes linked to the maturation of the central nervous system, are not really explored in ASD, but these processes underlie motor performances. Few studies trat of an acute semiology of motor abnormalities in ASD and the existence of a neuro-developmental trajectory of neuro-psychomotor functions is not known in children with ASD. The aim of this study is to highlight the semiology of psychomotor disorders among children with ASD, using a French standardized neurodevelopmental assessment tool (NP-MOT) (Vaivre-Douret, 2006). Evaluations of the first instances (psychiatric; psychological; understanding; psychomotor) were supplemented by a standardized assessment battery of neuro-developmental psychomotor functions (NP-MOT). The identification of a neuro-psychomotor clinical profile, identification of problems or discrepancies compared to a standard reference, the identification of potentially affected brain functions in ASD should provide a better understanding of the origin and nature the observed disorders in ASD. The results, more and more numerous concerning motor skills in these children, should be able to be analyzed in light of cognitive or neuro-cognitive assessments and should allow to refine the profile of development and thereby enable a better understanding of the nature of autism among a comorbidity other possible malfunctions.