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.

Les double-tâches consistant à effectuer simultanément une tâche motrice et une tâche cognitive sont fréquemment utilisées pour étudier les relations entre la cognition et la motricité. L’interaction cognitivo-motrice se définit par une modification de performance dans l’une ou l’autre tâche lorsqu’elles sont réalisées conjointement. Un premier postulat est la présence d’une interaction lorsque la réalisation des deux tâches implique l’activation de structures cérébrales et/ou processus cognitifs similaires. D’autre part, une altération de la performance dans l’une ou l’autre tâche peut également s’expliquer par l’utilisation de l’ensemble des ressources centrales disponibles pour les deux tâches. Plusieurs études rapportent une diminution des capacités en double-tâche avec l’avancée en âgé et plus spécifiquement encore chez des patients âgés présentant un un trouble cognitif léger (MCI) Cependant, les facteurs comme la nature de la tâche cognitive ou de la tâche motrice influençant l’interaction cognitivo-motrice et permettant d’isoler l’effet du vieillissement sain ainsi que l’effet d’un trouble cognitif léger (MCI) n’ont pas encore été établis. Cette dissertation doctorale a mis en évidence que l’interaction cognitivo-motrice n’était pas systématiquement présente et dépendait des caractéristiques des tâches cognitives et motrices. Nos données ont également montré qu’une tâche de locomotion dans un escalier, considérée comme plus complexe, était plus à même de générer une interaction cognitivo-motrice. De plus, si cette dernière s’associe à une tâche cognitive de type exécutive, les performances en double-tâche sont d’autant plus diminuées chez les seniors sains comparativement à des jeunes. De la même manière, nos résultats montrent aussi qu’une double-tâche comprenant une tâche de montée ou de descente d’un escalier et une tâche cognitive sollicitant le fonctionnement exécutif permettrait de différencier les patients présentant un MCI des seniors sains.Néanmoins, les améliorations des performances cognitives observées au moyen d’une stimulation transcranienne à courant continu chez des seniors sains, indique qu’il est possible de minimiser la magnitude de l’interaction cognitivo-motrice.En conclusion, le développement de double-tâches cognitivo-motrices écologiques et fonctionnelles, requérant le fonctionnement exécutif apparait pertinent pour distinguer le vieillissement sain du pathologique et ainsi améliorer encore le dépistage des troubles cognitifs précoces chez les patients MCI. Enfin, étant donné les améliorations observées au moyen d’une stimulation transcranienne chez des seniors, cette méthode pourrait représenter un outil intéressant pour minimiser le déclin cognitif chez les patients présentant un MCI. / Doctorat en Sciences de la motricité / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’objectif de ce travail de thèse était d’évaluer les bénéfices thérapeutiques d’un entraînement par imagerie motrice chez les patients ayant subi une prothèse totale de genou unilatérale. Combiner l’imagerie motrice avec la physiothérapie classique a permis de diminuer la douleur et d’augmenter la force du quadriceps durant la phase aiguë, au 1er mois postopératoire. Durant la phase chronique, au 6ème mois postopératoire, l’imagerie motrice permettrait de corriger l’asymétrie de la marche, d’une part en augmentant la force du quadriceps ipsilatéral et, par conséquent, en accentuant la charge sur le genou opéré, et d’autre part en augmentant la flexion maximale du genou durant la phase oscillante. L’imagerie motrice pourrait également aider les personnes âgées après la prothèse totale du genou à monter les escaliers plus rapidement, en toute sécurité. Cela peut atténuer le risque de chute dans les escaliers et, par conséquent, diminuer la fréquence des blessures graves. En conclusion, intégrer l’imagerie motrice dans les programmes de rééducation après prothèse totale du genou primaire unilatérale est pertinent et prometteur / The primary aim of the present work was to determine the therapeutic benefits of a specific motor imagery training. Combining motor imagery with classical physical therapy was found to be effective in reducing pain and increasing quadriceps strength after total knee arthroplasty during the acute phase at the first month postoperatively. During the chronic phase, at the 6th month postoperatively, motor imagery might contribute to correct the asymmetry of gait by increasing the strength of the ipsilateral quadriceps and, consequently accentuating the weight loading on the operated knee, as well as by improving knee proprioception through an increase in the maximum knee flexion during the swing phase. MI might also help elderly people after total knee arthroplasty to climb stairs more quickly, easily, and safely. This could attenuate the risk of falls on stairs, and consequently decrease the frequency of major injuries. In summary, the integration of motor imagery in clinical rehabilitation programs after primary unilateral total knee arthroplasty is relevant and promising

L’approche constructiviste de l’émotion considère que les traits émotionnels ne sont pas des propriétés intrinsèques des objets mais se construisent « ici et maintenant » lors de l’interaction sensorimotrice individu/environnement. Notre objectif dans ce travail de thèse était de mettre en évidence des effets réciproques entre l’action et l’évaluation émotionnelle, fondés sur le caractère hédonique de la fluence motrice, c’est-à-dire l’aisance avec laquelle une action est réalisée. Nous avons choisi de manipuler la fluence motrice par des mouvements latéralisés des mains exécutés lors d’une tâche de jugement de valence. En effet, il existe des liens marqués entre valence et latéralité, de sorte que le côté dominant d’un individu est associé à la valence positive (Casasanto, 2009). Nous comparons des conditions de congruence et de non-congruence entre la valence des items et le geste de réponse. Nos résultats ont montré des influences bidirectionnelles des actions et de l’évaluation basées sur deux processus distincts. D’une part lors d’un jugement de valence, un effet de compatibilité facilite la réalisation du geste de réponse compatible grâce à la fluence motrice. D’autre part la fluence d’un comportement moteur entraine, par un effet d’attribution, des variations dans l’évaluation de mots neutres ou connotés positivement et négativement. De plus, nos travaux ont mis en évidence le rôle du dispositif de réponse (échelle de jugement de valence et localisation des touches de réponse) sur l’évaluation émotionnelle, soulignant le caractère situé du jugement. Ces résultats sont discutés à la lumière de la conception constructiviste de l’émotion en accord avec une approche incarnée et située de la cognition. / The constructivist approach of emotion considers that emotional features are not intrinsic properties of objects but are rather constructed « right here, right now » during the sensorimotor interactions between an individual and his environment. Our objective in this work was to demonstrate the mutual effects of action and emotional evaluation, grounded on the hedonic character of motor fluency (i.e. the ease with which an action is executed). We manipulated motor fluency by the use of lateralized hand movements in a valence judgment task. Indeed, valence and laterality appear to be linked since our dominant side is associated to positive valence (Casasanto, 2009). We compared conditions based on the congruency and non-congruency between the valence of items and the affective connotation of response movements. Our results indicated bidirectional influences of actions and evaluation based on two separate processes. On one hand during valence judgment, a compatibility effect facilitated the execution of a movement that was consistent due to motor fluency. On the other hand an attribution effect allowed the fluency of a movement to induce variations in the evaluation of neutral and emotional words. Furthermore, our works demonstrated the impact of the response device (orientation of a valence judgment scale and localization of response keys) on emotional judgment, underlying the situated character of evaluation. Those results are discussed in the light of the constructivist conception of emotion, in accordance with an embodied and situated approach of cognition.

Doyenne de la thérapeutique antiparkinsonienne, puissant outil pharmacologique au profil singulier, l’apomorphine est aujourd’hui indiquée comme thérapeutique de deuxième intention, au stade où les fluctuations liées au traitement oral handicapent le quotidien des patients. Si ses effets sur la triade parkinsonienne et les fluctuations motrices sont connus et objectivés depuis le milieu du XXème siècle, son spectre d’action sur les troubles non moteurs a, quant à lui, été encore peu exploré. Ce travail de thèse avait deux objectifs : (1) établir un état de l’art quant aux connaissances actuelles sur l’apomorphine et (2) étudier les effets d’un traitement par pompe à apomorphine sur la symptomatologie non motrice parkinsonienne, en particulier aux plans cognitifs et émotionnels, sur une période de six mois. Pour ce faire, deux études ont été menées. La première, intitulée APO-TEP, s’intéressait à l’évolution de l’état cognitif et de la qualité de vie de patients présentant la maladie à un stade avancé, mais ne pouvant bénéficier de la chirurgie de stimulation cérébrale profonde du noyau subthalamique. Une exploration du métabolisme cérébral était associée à l’évaluation clinique. Ce travail a permis de mettre en évidence une amélioration significative des fonctions motrices, cognitivo-psychiatriques (fonctions exécutives et apathie) et de la qualité de vie après six mois de traitement. Des modifications d’activité cérébrale dans les réseaux fonctionnels cognitifs, moteurs et limbiques ont par ailleurs été observées, soutenant l’idée d’un substratum anatomo-fonctionnel diffus. La seconde étude, intitulée APO-EMO, évalue les effets du traitement par pompe à apomorphine sur la sphère émotionnelle, souvent altérée dans la maladie de Parkinson. Cette dernière étude est toujours en cours ; les résultats préliminaires ne mettent pour l’heure pas en évidence d’effets sur la perception individuelle des émotions (intelligence émotionnelle et expressivité). Les analyses visant à explorer les effets du traitement sur le mimétisme facial et la reconnaissance des expressions faciales émotionnelles seront menées dans un second temps. L’ensemble de ces résultats expérimentaux est discuté à la lumière des données de la littérature et plusieurs perspectives cliniques et de recherche sont développées. De nouveaux travaux, visant à mieux comprendre les réseaux neuronaux et les voies neurochimiques activées par l’apomorphine en perfusion continue, sont à mener. Longtemps cantonnée au rang de curiosité pharmacologique, l’apomorphine semble enfin trouver sa place dans l’arsenal thérapeutique. / Apomorphine is a peculiar drug, currently used as a second-line therapy in Parkinson’s disease (PD). If its motor efficacy has been amply established, questions remain about its effect on non motor symptoms, a common burden in PD. This thesis address these questions by (1) reviewing the state of the art of the current knowledge about apomorphine (history, pharmacology and current interest in neurological disorders) and (2) exploring the effect of continuous subcutaneous apomorphine infusion (CSAI) on cognitive and emotional symptoms in PD, while studying brain metabolism. Two studies were conducted: APO-TEP and APO-EMO. Well-tolerated, CSAI appears to be an interesting option in advanced PD. Changes in brain metabolism (motor, cognitive and limbic networks) were observed at 6 months and correlated to clinical improvement (executive functions, apathy and motricity) in patients with advanced PD and contra-indications for subthalamic nucleus deep brain stimulation. Preliminary results of the ongoing APO-EMO study suggest that CSAI does not seem to improve emotional self-perception in patients; however we will further explore its effect on facial mimicry and facial emotion recognition. If further research is still needed, apomorphine seems to be destined to become a key feature of future therapeutic strategies, in PD (nonmotor symptoms, advanced PD, withdrawal of oral medications) but also in other dopaminergic disorders, and rightly so.

Comment notre système moteur peut-il influencer notre perception ? Quels sont les mécanismes qui permettent de réaliser un même mouvement avec différents effecteurs ? Afin d'apporter des éléments de réponse à ces deux questions issues des sciences cognitives, nous avons étudié un système sensori-moteur: celui mis en oeuvre pour les tâches de lecture et écriture de lettres cursives isolées. Notre contribution est un modèle formel de cette boucle sensori-motrice, qui tient compte des observations et théories issues de la littérature. L'hypothèse centrale est qu'il existe un codage interne des lettres commun à la perception et à l'action, et, de plus, indépendant de l'effecteur. Ce codage, pivot entre la perception et l'action, consiste en des séquences de points de contrôle, géométriquement remarquables, identifiables à partir de la trace des lettres, et permettant de récupérer une partie de l'information cinématique. Le formalisme utilisé est celui de la programmation bayésienne. La définition d'un programme bayésien se fait par l'écriture d'une distribution de probabilité conjointe. Connaissant cette probabilité conjointe, le modèle est capable de résoudre plusieurs tâches cognitives. Chacune de ces tâches correspond à une question probabiliste qui est résolue automatiquement par inférence bayésienne : la lecture, la lecture en simulant le geste d'écriture, la copie de traces, la reconnaissance du scripteur, l'écriture avec différents effecteurs. Nous avons simulé informatiquement chacune de ces inférences et comparé leurs résultats aux observations issues des expériences de psychophysique. Le modèle permet d'effectuer des prédictions et ainsi de suggérer de nouveaux protocoles expérimentaux.

Comme d'autres mouvements humains, les gestes de la parole sont vraisemblablement planifiés selon des stratégies optimales. Cependant, il est probable que la planification de ces gestes soit aussi contrainte par des critères de nature linguistique. De telles contraintes pourraient porter notamment sur la structure phonologique et la longueur des séquences prises en compte dans la planification. Le but de cette thèse a été d'approfondir cette hypothèse à partir de l'analyse de données expérimentales et de simulations avec un modèle. <br />Pour cela, la coarticulation anticipante a été étudiée expérimentalement dans des séquences Voyelle1-Consonne-Voyelle2 (V1CV2) pour deux langues différentes, le français et le chinois, à partir de données articulatoires et acoustiques. Les résultats de nos analyses montrent que les locuteurs français et chinois ont adopté des stratégies de planification différentes : en français l'anticipation s'étend au delà des frontières de la syllabe CV, alors qu'en chinois ce n'est pas le cas. Pour valider cette interprétation sur le rôle de la syllabe, un modèle de contrôle moteur a été élaboré exploitant une stratégie de planification qui minimise un critère combinant effort articulatoire et contraintes perceptives, et il a été testé sur un modèle biomécanique de la langue. Différentes hypothèses sur la structure phonologique de la séquence planifiée ainsi que sur l'exécution du mouvement ont été testées dans ce cadre. Les simulations ont été comparées aux données. Nos résultats soutiennent l'hypothèse selon laquelle les influences de la syllabe seraient plus fortes en mandarin qu'en français.