L’effet de potentialisation motrice, initialement décrit par Tucker et Ellis (1998), correspond au bénéfice entrainé par l’action potentielle évoquée par la perception d’objets manipulables en lien avec le dispositif de réponse. Cet effet a été observé dans de nombreux contextes expérimentaux. Toutefois, il semble que cet effet ne s’observe pas lorsque la tâche des participants ne porte pas directement sur une caractéristique requise pour le contrôle de l’action (Tipper, Paul & Hayes, 2006) ou qui n’entraîne pas suffisamment d’attention sur l’objet (Ellis, Tucker, Symes & Vainio, 2007 ; Symes, Ellis & Tucker, 2005). Le cas particulier de l’identification de la couleur est un exemple dans lequel cet effet n’est généralement pas constaté (Symes et al. 2005 ; Tipper et al. 2006). En s’appuyant sur des travaux qui proposent une alternative aux théories dissociatives classiques du système visuel (Creem & Proffitt, 2001 ; Frey, 2007 ; Young, 2006 ; Derbyshire, Ellis & Tucker, 2006) et qui se basent essentiellement sur des processus de résonance motrice et de simulation comme condition nécessaire à l’identification et à la reconnaissance (Rizzolatti & Matelli, 2003 ; Bar, 2007 ; Berthoz & Petit, 2003), cette thèse a pour objet de spécifier les conditions d’observation du phénomène de potentialisation motrice en tâche d’identification chromatique. Pour ce faire, nous avons adapté le paradigme SRC modifié de Tucker et Ellis (1998) et le protocole d’amorçage développé par Phillips et Ward (2002) à l’étude de l’identification des couleurs d’objets manipulables. Les résultats que nous avons obtenus montrent une interaction entre l’identification de la couleur et les simulations motrices associées à la perception d’objets manipulables. Ces résultats sont discutés en faveur des modèles qui cherchent à réconcilier les approches écologiques et représentationnelles de la perception ainsi que de ceux qui insistent sur la nature profondément proactive et simulationniste du système perceptif. / Potentiation of action effect, originally described by Tucker and Ellis (1998), corresponds to the advantage led by action evoked by the perception of graspable objects related to the response device. These effects have been reported for many experimental conditions. However, this effect is not observed when the task is not directly about a characteristic required for action control (Tipper, Paul & Hayes, 2006) or when it does not allowed for enough attention on the object (Ellis, Tucker, Symes & Vainio, 2007; Symes, Ellis & Tucker, 2005). Color perception and identification is a particular case where these effects are generally not observed (Symes et al. 2005; Tipper et al. 2006). Relying on recent works that propose an alternative to theories of classic dissociation of the visual system (Creem & Proffitt, 2001; Frey, 2007; Young, 2006; Derbyshire, Ellis & Tucker, 2006) and that are essentially based on motor resonance and simulation processes as a condition to identification and recognition (Rizzolatti & Matelli, 2003; Bar, 2007; Berthoz & Petit, 2003), this thesis aims to specify the conditions of observation of a potentiation of action phenomenon in a chromatic identification task. To that end, we have adapted the SRC paradigm (stimulus response compatibility) modified by Tucker and Ellis (1998) and the priming paradigm developed by Phillips and Ward (2002) to study color identification of graspable objects. Results we obtain shows an interaction between the identification of color and the motor simulations associated with the perception of graspable objects. We discuss our results in the light of models which tend to reconcile ecological and representational approaches of perception as well as those which insist on the deeply proactive and simulationist nature of the perceptual system.

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

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

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La crampe de l'écrivain est la forme la plus fréquente de dystonies de fonction. Elle se caractérise par l’apparition de contractions musculaires involontaires et soutenues aboutissant à une perturbation sévère de l’écriture. Cette dernière est une tâche motrice séquentielle complexe nécessitant un contrôle continu des informations proprioceptives afin d’adapter la position du membre supérieur et la pression des doigts sur le stylo au cours de l’activité motrice. Dans ce travail de thèse nous avons postulé que l’élément fondamental de la physiopathologie de la crampe de l’écrivain est un trouble de l’intégration sensori-motrice. Pour tester cette hypothèse, nous avons utilisé deux tâches comportementales n’induisant pas de symptôme dystonique. Le sujet devait exécuter une séquence motrice, soit de façon spontanée (tâche SGT), soit sur la base d’une séquence de stimulation tactile précédemment apprise (ST). Les modifications d’activité cérébrale au cours de ces deux tâches ont été étudiées par couplage des techniques d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et d’électroencéphalographie quantitative (EEGq). Nos résultats suggèrent qu’en l’absence de symptôme dystonique, les patients atteints de crampe de l’écrivain présentent une altération de leur performance motrice dans les deux tâches. Durant l’analyse des informations proprioceptives, l’IRMf montre qu’il existe une diminution du signal Bold au niveau du cortex somesthésique primaire, de l’aire motrice supplémentaire (AMS) et du cortex pariétal. Les données d’EEGq révèlent une diminution de la désynchronisation β (DLEβ) au niveau de l’AMS et celles de la cohérence intra-corticale des perturbations du fonctionnement des réseaux pariéto-prémoteurs. Durant la phase motrice, l’IRMf ne révèle aucune différence inter-groupe, mais l’EEGq montre une augmentation de la DLEβ dans les régions pariétales postérieures pour la situation SGT, associée à une augmentation de cohérence intra-corticale. Après l’exécution du mouvement, des anomalies de synchronisation β (SLEβ) sont également retrouvées dans les deux tâches. Ces données montrent qu’il existe chez les patients présentant une crampe de l’écrivain, des perturbations de l’analyse séquentielle des informations proprioceptives, ainsi que des anomalies de l’intégration sensori-motrice. Elles sont en rapport avec une altération des relations fonctionnelles entre les cortex pariétaux et prémoteurs. Ces éléments expliquent pourquoi ces patients au cours de l’écriture ont des difficultés à élaborer une réponse motrice adaptée sur la base d’information proprioceptive séquentielle. / Writer's cramp is the most frequent form of task-specific dystonia. It is characterized by excessive and inappropriate muscle activation resulting in severe disturbance of writing. Writing is a complex sequential motor task requiring the on-line continuous monitoring of proprioceptive information to adjust the position of the upper limb and finger pressure on the pen. In this experimental work, we postulated that the main feature in the pathophysiology of writer's cramp is a sensorimotor integration disorder. To test this hypothesis, we used two behavioral tasks that does not induce dystonic symptoms. The subject performed a motor sequence, either spontaneously (SGT task), or on the basis of a sequence of proprioceptive stimuli previously presented (ST). Changes in brain activity during both tasks were studied by coupling functional magnetic resonance imaging (fMRI) with quantitative electroencephalography (qEEG). Our results show that writer's cramp patients had impaired motor performances in both tasks whereas they did not exhibit any dystonic symptoms. During the analysis of proprioceptive information, fMRI shows a Bold signal decrease in the primary somatosensory cortex, the supplementary motor area (SMA) and parietal cortex. EEGq data revealed a decrease of β desynchronization (βERD) in SMA and intra-cortical coherence a disruption of the functional connectivity of parieto-premotor networks. During the motor phase, fMRI reveals no between-group difference, but EEGq showed an increase of βERD in the posterior parietal regions for the SGT task associated with an increased intra-cortical coherence. During the post-movement period, abnormal β synchronization (βERS) is also found in both tasks. This data shows that writer's cramp patient exhibited a disruption in the sequential analysis of proprioceptive information, as well as abnormalities in sensorymotor integration during motor planning. These features are related to an alteration of the functional relationships between the parietal and premotor cortices. These phenomenons explain why writer's cramp patient fail to develop an appropriate motor response on the basis of sequential proprioceptive information, as in writing.

Quel rôle joue la gravité dans les représentations internes de l'action ? Au-delà des contraintes d'équilibre, le vecteur gravitaire influence-t-il l'action de façon globale, jusqu'à la perception des mouvements de nos semblables ? Ces questions ont été celles qui ont guidé mes travaux de thèse. L'originalité de notre approche a été de placer l'exécution et la perception de l'action dans un « continuum fonctionnel » s'articulant autour des représentations internes de l'action. Pour ce faire, l'outil de choix qui est commun aux trois expériences de cette thèse est la microgravité (0G). Les expériences de cette thèse ont montré que les représentations internes de l'action se nourrissaient des informations graviceptives pour se construire et s'adapter constamment. Cependant, dans certaines conditions telle que la 0G à court terme, apparaît un ordre de priorité. En effet, le SNC est capable de mettre en place des solutions immédiates et efficaces pour l'exécution, comme en témoigne la repondération sensorielle rapide qui s'opère en 0G dans une tâche d'orientation posturale. Cependant, un temps de latence est observé dans la recalibration des modèles internes sur la base des afférences sensorielles fortement perturbées. C'est ce que nous avons montré grâce à un protocole d'imagerie motrice, mettant en évidence une perte de l'isochronie entre les mouvements exécutés et imaginés en 0G. Enfin, nous avons mis en évidence, chez des sujets sans expérience aucune de microgravité, que la perception du mouvement humain est efficace même lorsque ce dernier est exécuté en apesanteur, bien que des réseaux cérébraux différents soient mis en jeux. / What is the role of gravity in the internal representations of action? Beyond the constraints of balance, does the gravity vector influence the action globally, up to the perception of our peers' movement? These issues have guided my thesis work. The originality of our approach was to place the execution and the perception of action in a "functional continuum" built around the internal representations of the action. To do this, the tool of choice, that is common to all three experiments presented here, is microgravity (0G). The experiments of this thesis showed that the internal representations of action are fed with graviceptive information to build and adapt constantly. However, under certain conditions such as short-term 0G, an order of priority appears. Indeed, the CNS is able to implement immediate and effective solutions, as we demonstrate it with the fast sensorial reweighting observed during a postural orientation task. However, a lag is observed in the recalibration of internal models based on sensory inputs severely disrupted. This is what we have shown through a protocol of motor imagery, showing a loss of isochrony between executed and imagined movements under 0G. Finally, we have demonstrated in subjects without any experience of microgravity, that the perception of human movement is effective even when it is performed in weightlessness, although different cerebral networks are involved.

Les travaux portant sur l’imagerie motrice (IM) ont montré l’identité des processus de production réelle et de représentation mentale du mouvement. Diverses voies expérimentales incluant la chronométrie mentale, les indices physiologiques (dont ceux issus de la neuroimagerie) ont été utilisées pour montrer que la représentation mentale de l’action repose sur les mêmes mécanismes que la préparation motrice et agirait sur la plasticité cérébrale. Le rôle de l’IM dans l’amélioration et l’apprentissage du mouvement, la récupération motrice après une lésion des effecteurs musculo-articulaires a été démontré chez le sujet sain. L’entraînement mental pourrait donc être intégré dans les protocoles thérapeutiques suite à une lésion centrale ou périphérique. Si plusieurs expériences ont montré son efficacité lorsqu’il est pratiqué après un accident vasculaire cérébral, aucune étude n’a porté sur son rôle dans la réadaptation fonctionnelle du patient médullo-lésé. L’hypothèse est que l’entraînement par IM associé à la rééducation classique peut facilement être intégrer dans les protocoles de réadaptation de ces patients et favoriserait la récupération et l’amélioration de la préhension chez les patients tétraplégiques / The mental representation of movement may help motor functions recovery after central or peripheral stroke. There is now ample evidence that motor performance and learning ma benefit from mental rehearsal in healthy subjects. However, whether the ability to perform motor imagery is preserved after spinal cord injury, the effectiveness of mental rehearsal on prehension rehabilitation has to be questioned. The review of relevant literature about motor imagery and rehabilitation show that integrating mental practice into the rehabilitation process may be a reliable tool. Traditional stroke rehabilitation therapies are usually based upon actual movement aimed at improving motor functions. However, this may be limited by muscle spasticity, muscle weakness, or persistent deficit in movement coordination. As motor imagery and actual movement share the same neural substrate, mental rehearsal may serve motor rehabilitation by involving cerebral plasticity and thus facilitating recovery. More specifically, it will be useful to elaborate guideline of mental practice in rehabilitation. Additional clinical issues, including brain mapping studies, need to be performed

Le striatum, tout particulièrement sa région sensorimotrice, est connu pour jouer un rôle crucial dans l’expression de routines motrices qui nécessitent la réalisation d’une suite de mouvements. Dans ce travail, nous avons étudié la contribution respective des neurones efférents et des interneurones cholinergiques du striatum dans les processus qui sous - tendent l’expression de séquences motrices automatisées, en enregistrant l’activité unitaire de ces deux populations neuronales chez des singes entraînés à effectuer des mouvements d’atteinte manuelle de cibles. Par cette approche, nous avons examiné les modifications d’activité de ces neurones lors d’un changement des conditions de performance durant la réalisation de la séquence de mouvements. Ainsi en manipulant l’ordre habituel ou la structure temporelle de la séquence, nous avons montré, au sein du striatum sensorimoteur, que les neurones efférents et les interneurones cholinergiques participent au traitement des informations spatiales et temporelles qui caractérisent une séquence motrice automatisée. Par ailleurs, nous avons montré que ces deux populations neuronales sont différentiellement activées lorsque l’ordre de la séquence est visuellement spécifié ou déterminé sur la base d’informations mémorisées. Ces résultats apportent des informations essentielles pour mieux comprendre les mécanismes neuronaux impliqués, au niveau du striatum sensorimoteur, dans le contrôle des séquences motrices automatisées. / It is well known that the striatum, especially its sensorimotor part, is involved in the expression of motor skills which require the production of a sequence of movements. In this study, we addressed the respective contribution of efferent neurons and cholinergic interneurons of the striatum in the processes underlying the expression of motor sequences, by recording single unit activity of these two neuronal populations in monkeys performing sequential arm reaching movements. By this experimental approach, we examined activity modulations of these neurons during a change in the conditions of performance of the motor sequence. Thus, by changing the habitual order or the temporal structure of the sequence, we underlined that within sensorimotor striatum, efferent neurons and cholinergic interneurons are involved in the processing of spatial and temporal information which characterize an automatic motor sequence. In addition, we reported differential activations of these two neuronal populations depending on whether the serial order of the sequence of movements is visually cued or based on internally stored information. Taken together, these results provide essential information in order to better understand the neuronal mechanisms involved, within the sensorimotor part of striatum, in the control of the automatic motor sequences.