Evaluation et amélioration des capacités motrices d’enfants infirmes moteurs cérébraux congolais âgés de 6 à 15 ansTHESE de Félicien M’LEMBAKANI T’HENGUA (Lic. Agr. Ed. Phys.)Laboratoire de Neurophysiologie et de Biomécanique du Mouvement. Faculté des Sciences de la MotricitéUNIVERSITE LIBRE DE BRUXELLES (U. L. B.)RESUMEAu cours de ce travail nous avons mesuré les capacités psychomotrices potentielles chez des enfants IMC congolais à Kinshasa dans deux Centre de Rééducation (CRHP et CREBD) et dans le Complexe Scolaire du Mont Amba (UNIKIN) en vue de proposer des programmes adaptés de prise en charge pour améliorer leurs capacités et aptitudes motrices et comportementales. Ceci dans le but aussi d’améliorer leur intégration scolaire et ainsi parvenir à une meilleure immersion familiale et sociétale. Proposer des solutions en ces matières permettrait de faire face à la situation actuelle et ensuite de proposer des solutions relatives aux deux problèmes majeurs des enfants IMC en RDC :- (1) les déficiences motrices dues à des lésions cérébrales irréversibles, - (2) les mépris, totales exclusions, rejet et abandons dont ces enfants sont continuellement victimes de la part des familles et de la société congolaise. Pour parvenir à ces objectifs, nous avons d’abord testés à l’aide de l’échelle de développement psychomoteur de Lincoln-Oseretsky (LOMDS) 160 garçons et filles choisis de façon aléatoire parmi une population de 640 enfants dont 80 IMCs et 80 contrôles. Pour la suite de l’étude et afin d’évaluer les effets d’un entraînement de 9 mois aux activités physiques adaptées (APA), ces deux groupes ont été scindés chacun en deux sous-groupes de 40 sujets, un groupe participant à l’entraînement APA et l’autre servant de contrôle. Avant l’expérimentation APA, un important déficit moteur et psychologique a été mis en évidence chez les 80 enfants IMC par rapport aux 80 enfants contrôles du même âge. Nous n’avons pas observé de différence significative entre les genres. Nos résultats par rapport à la pratique régulière des APA sont importants :les enfants IMC et ainsi que les contrôles qui ont suivi les APA ont nettement amélioré leurs performances finales. Ceci signifie clairement que les aptitudes physiques, et cognitives de ces enfants ont été nettement améliorées. De plus, nous avons démontré, avant les APA, l’absence de relation entre l’âge des enfants IMC et le score au test LOMDS, alors que cette relation existe bien chez les enfants contrôles. De façon inattendue, après les 9 mois d’entraînement cette relation entre l’âge des enfants IMC et le score a pu être démontrée. A l’opposé de ces résultats positifs les scores au sein des groupes n’ayant pas participé aux APA n’ont pas évolués durant cette période de 9 mois. En conclusion, cette thèse démontre qu’un entraînement par les APA des enfants IMC conduit à une amélioration significative de leur aptitude motrice et cognitive. Ces résultats balaient toutes les opinions mystico-religieuses en cours en RDC selon lesquelles les enfants IMC congolais seraient inaptes à tout effort mental, à l’apprentissage et donc à une insertion familiale et sociale / Doctorat en Sciences de la motricité / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’imitation volontaire est établie comme l’un des modes principaux d’acquisition des habiletés motrices. Il existe également une autre forme d’imitation, automatique et involontaire, étudiée initialement en psychologie sociale du fait de son interaction étroite avec les comportements pro-sociaux. Récemment, et sous l’influence de travaux des années 1990 mettant en lumière des substrats neuronaux communs à l’observation et à l’exécution du mouvement, les recherches scientifiques se sont concentrées sur cette notion d’imitation automatique et ont investigué, via différents paradigmes expérimentaux, les effets de facilitation et d’interférence entre mouvements observés et exécutés. Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse vise à améliorer notre compréhension des mécanismes de contagion motrice et à identifier leurs applications possibles au réentraînement moteur. Dans une première étude, nous avons évalué l’impact de l’observation de mouvements de déséquilibre sur le balancement postural d’observateurs jeunes (24,5 ± 5 ans), sans troubles posturaux. Le contrôle de l’équilibre orthostatique fait principalement intervenir des structures sous-corticales pour le maintien du tonus postural et l’intégration multisensorielle. Ces substrats neuronaux seraient, de la même manière que les fonctions végétatives indépendantes du contrôle volontaire, plus facilement contaminés par les mouvements observés. Cependant, l’observation d’un déséquilibre sollicite également des mécanismes de régulation posturale, qui restreignent le balancement de l’observateur et se surajoutent à des processus inhibiteurs prévenant l’imitation compulsive des mouvements observés. Par conséquent, ce paradigme expérimental nous a permis de tester les limites des effets de contagion à partir d’une situation où les processus inhibiteurs et régulateurs de la posture étaient fortement sollicités. Cette étude nous a conduits à mettre en évidence une contamination du balancement postural des sujets par le déséquilibre observé, ce qui a confirmé l’importance et la prédominance des processus d’imitation. Ce résultat soulève des questions importantes en termes d’applications au réentraînement moteur chez les patients souffrant de troubles posturaux, en particulier chez les personnes âgées qui présentent une altération de leurs fonctions de stabilisation. En effet, si l’observation d’un déséquilibre conduit à une réaction de contagion motrice, il est vraisemblable qu’elle sollicite également des fonctions inhibitrices et régulatrices permettant la stabilisation de l’observateur. La visualisation répétée d’un déséquilibre peut-elle alors conduire à une amélioration de la stabilisation chez les personnes à risque ? Pour étudier cette question, il serait nécessaire de répéter ce protocole chez le public cible - les réponses pouvant être modulées par l’âge et les aptitudes motrices des personnes. Notre seconde étude visait à évaluer l’impact du répertoire moteur sur les réactions de contagion motrice. S’il est admis que le système moteur (contraintes biomécaniques, niveau d’expertise) affecte les processus perceptifs, son effet sur les réactions d’imitation automatique a été peu étudié. Nous avons analysé les réactions posturales d’observateurs jeunes (24,2 ± 3,7 ans), sains, face à des séquences de déséquilibre antéro-postérieur et médio-latéral. Les stratégies d’équilibration posturale sont associées à des contraintes différentes selon ces deux axes, avec une symétrie médio-latérale et une asymétrie antéropostérieure – asymétrie résultant d’une position du centre de masse en avant de l’articulation de la cheville, qui induit une sollicitation accrue des muscles du plan postérieur pour la stabilisation posturale. Un impact du système moteur sur le processus de contagion serait donc susceptible de se traduire par des réactions posturales différentes dans nos deux conditions d’observation. etc / Voluntary imitation is known as a major means of acquisition of motor skills. Besides, another form of imitation, automatic and involuntary, was initially more extensively studied in social psychology, perhaps because of its close interaction with prosocial behaviors. Recently, there was a renewal of interest in automatic imitation, following research works of the 1990s that highlighted common neural substrates for movement observation and execution. In this context, scientific studies started, through various experimental paradigms, to investigate facilitation and interference effects between observed and executed movements. Research work presented in this thesis aims to improve our understanding of the mechanisms involved in motor contagion and to identify their possible application to motor retraining. For this purpose, we evaluated, in our first study, the impact of observation of postural imbalance on body sway of young (24.5 ± 5 years), healthy observers. Postural control mainly relies on subcortical structures for maintaining postural tonus and ensuring multisensory integration. Similarly to vegetative functions that are independent of voluntary control, these neural substrates would be more easily contaminated by observed movements. However in response to observed imbalance, postural regulation mechanisms, superimposed to inhibitory processes that prevent compulsive imitation, restrain observers’ disequilibrium. Therefore, this experimental paradigm enabled us to test the limits of contagion mechanisms in a situation highly soliciting inhibitory and regulation processes. Our results led us to highlight a contagion effect of observed imbalance on subjects’ postural sway, which confirmed the importance of imitation processes. These results raise an important question in terms of applications for movement retraining in patients with postural disorders, more specifically in elderly patients with impaired stabilization functions. In effect, if observation of postural imbalance leads to a motor contagion response, it is also likely to solicit regulatory and inhibitory functions for observers’ postural stabilization. Thus, could repeated observation of such disequilibrium movements lead to an improvement of stabilization functions for subjects with postural deficits? To investigate this question, it will be necessary to repeat this protocol with the target population, since observers’ response is likely to vary with age and motor competences. To complete this work, we conducted a second study to assess the impact of the motor repertoire on motor contagion responses. Although it is widely accepted that the motor system (biomechanical constraints, level of expertise) affects perceptual processes, its effect on imitative responses has been little studied. We analyzed postural reactions of young (24.2 ± 3.7 years), healthy observers when presented with sequences of anteroposterior and medio-lateral imbalance. Postural equilibration strategies are associated with different constraints along these two axes, with a medio-lateral symmetry and an anteroposterior asymmetry – this latter asymmetry results from a location of the center of mass ahead of the ankle joint, which induces an increased solicitation of muscles from the posterior plane for stabilization. An impact of the motor system on the contagion process could therefore appear in the form of different postural responses in our two observation conditions. Our results indicated a greater contagion effect during observation of anteroposterior compared to medio-lateral imbalance. Postural contagion is therefore conditioned by observers’ equilibration strategy. In our third study, we considered using this contagion effect for perceptual training aimed at the maintenance and improvement of elderly subjects’ motor performances. The issue of an observational training device is especially relevant when considering people for whom physical exercise is limited due to fatigue or pain.etc

Les protéines de liaison à l'ARN (PLA) s'assemblent en complexes cytoplasmiques avec les ARNm pour contrôler la traduction locale des ARNm et le transport axonal. Ces processus sont essentiels au maintien de la survie des neurones et leur déficience est impliquée dans le développement de nombreuses maladies neurodégénératives, telles que la SLA. Il a été montré ultérieurement que la déplétion nucléaire de TDP-43, liée à la SLA, entraîne l'accumulation d'une variante épissée alternativement de la ribonucléoprotéine nucléaire hétérogène A1 (hnRNP A1). Cette isoforme, appelée hnRNP A1B, possède une région désordonnée (RID) et, dans le contexte neuronal, localise dans les neurites et dans le noyau, alors que la hnRNP A1 localise majoritairement dans le noyau. Ceci appui l'hypothèse que la hnRNP A1B peut avoir une fonction cytosolique dans les neurones qui n'est pas partagée avec la hnRNP A1. En outre, les hnRNP A1 et hnRNP A1B sont mutées dans de rares cas de SLA familiale, dont certaines mutations sont spécifiques à la hnRNP A1B. Jusqu'à présent, la littérature se concentre sur l'isoforme hnRNPA1 tandis que peu est répertorié sur la fonction de la hnRNP A1B. Ainsi, cette étude vise à déterminer et caractériser la fonction cytosolique de la hnRNP A1B dans les neurones. Puisque très peu est répertorié sur la hnRNP A1B, il a fallu tout d’abord déterminer des partenaires d’interaction. Ainsi, une immunoprécipitation utilisant un anticorps spécifique à la hnRNP A1B suivi d'une spectrométrie de masse (IP-MS) a été réalisée sur la moelle épinière de souris. Les résultats soulèvent que de nombreux interacteurs de la hnRNP A1B sont associés au trafic intracellulaire dépendant du cytosquelette. Les interactions avec KLC1/KIF5C/Myh9/DyncIHI ont été validées par des tests d'immunoprécipitation et de colocalisation. Aussi, l’impact de certains mutants hnRNP A1B associés à la SLA ont été étudiées au niveau des interactions avec les protéines motrices. Des expériences visant à évaluer comment la hnRNP A1B peut être transportée, ainsi que réguler le transport, sont en cours. Les résultats confirment que la hnRNP A1B peut avoir une fonction cytosolique dans les neurones pour le transport axonal/dendritique de l'ARNm. Des études futures exploreront cette nouvelle fonction dans le contexte de la SLA. / RNA-binding proteins (RBPs) assemble into cytoplasmic complexes with mRNAs to control mRNA local translation and axonal transport. These processes are essential for maintaining neuronal survival and their impairment is implicated in the development of many neurodegenerative diseases, such as ALS. We have discovered that TDP-43 depletion, linked to ALS, drives the accumulation of an alternatively spliced variant of heterogeneous nuclear ribonucleoprotein A1 (hnRNP A1). This isoform, termed hnRNP A1B, has an elongated prion-like domain (PrLD) and is present in neuronal processes, while hnRNP A1 is not. This finding supports a hypothesis that hnRNP A1B may have a cytosolic function in neurons that is not shared with hnRNP A1. In addition, hnRNP A1 and hnRNP A1B are mutated in rare cases of familial ALS with some mutations specific to hnRNP A1B. To date, the literature has mostly focused on the hnRNPA1 isoform and little is known about hnRNP A1B function. Thus, this study aims to identify and characterize the cytosolic function of hnRNP A1B in neurons. Since very little is known about hnRNP A1B, it was first necessary to identify interaction partners of the protein. Thus, immunoprecipitation using an antibody specific to hnRNP A1B followed by mass spectrometry (IP-MS) was performed on mouse spinal cord. Our results show that many hnRNP A1B interactors are associated with cytoskeletal-dependent intracellular trafficking. We then proceed to validate the interactions with the motor proteins KLC1/KIF5C/Myh9, by immunoprecipitation and proximity ligation assays. In addition, some hnRNP A1B ALS mutants were studied in the context of these interactions. Experiments to evaluate how hnRNP A1B may be transported, as well as regulate transport are currently underway. Our findings support that hnRNP A1B may have a cytosolic function in neurons in mRNA axonal/dendritic transport. Future studies will explore this novel function in the ALS context.

En plus de la triade de symptômes caractérisant l’autisme, ce trouble neurodévelopmental est associé à des particularités perceptives et motrices et, au niveau cérébral, par une connectivité atypique entre les différentes régions du cerveau. Au niveau anatomique, un des résultats les plus communs est la réduction du corps calleux. Toutefois, des effets directs de cette altération anatomique sur l’intégrité et l’efficacité du transfert interhémisphérique restent à être démontrés. Pour la présente thèse, trois différentes études investiguent différents aspects du traitement de l’information visuomotrice : le transfert interhémisphérique entre les régions bilatérales motrices et visuelles, la vitesse de traitement perceptif, et les habiletés motrices visuellement guidées. Dans la première étude, le paradigme visuomoteur de Poffenberger a été utilisé pour mesurer le temps de transfert interhémisphérique (TTIH). L’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf) et structurale ainsi que l’imagerie de diffusion ont aussi été utilisées pour étudier les réseaux cérébraux impliqués dans la tâche de Poffenberger. Les autistes ont été comparés à un groupe d’individus à développement typique. La deuxième étude avait pour but d’investiguer la vitesse de traitement perceptif en autisme. Dans la troisième étude, deux tâches motrices (Purdue et Annett) ont été utilisées pour examiner la nature et l’importance des déficits moteurs. La tâche de Purdue inclut deux conditions bimanuelles utilisées comme indice additionnel d’intégration interhémisphérique. Dans les études 2 et 3, le groupe d’autistes a aussi été comparé à un groupe d’individus Asperger afin de voir si, et comment, les deux sous-groupes peuvent être distingués en ce qui concerne le traitement visuel et les déficits moteurs. Aucune différence entre les groupes n’a été observée en termes de TTIH. Les résultats de l’étude IRMf révèlent des différences d’activations corticales en lien avec la tâche de Poffenberger. Dans les groupes d’autistes et de typiques, l’efficacité de la communication interhémisphérique était associée à différentes portions du corps calleux (frontales/motrices chez les typiques, postérieures/visuelles chez les autistes). De façon globale, les résultats de cette étude démontrent un patron atypique de transfert interhémisphérique de l’information visuomotrice en autisme, reflétant un rôle plus important des mécanismes visuels dans le comportement sensorimoteur possiblement en lien avec une réorganisation cérébrale. Les résultats des études comportementales 2 et 3 indiquent que les autistes excellent dans la tâche mesurant la vitesse de traitement perceptif alors que les Asperger accomplissent la tâche à des niveaux similaires à ceux des typiques. La nature des déficits moteurs diffère aussi entre les deux sous-groupes; la dextérité et la coordination bimanuelle est affectée chez les individus Asperger mais pas chez les autistes, qui eux sont plus atteints au niveau de la rapidité unimanuelle. Les sous-groupes d’autistes et de syndrome d’Asperger sont caractérisés par des profils cognitifs différents dont les particularités perceptives et motrices font partie intégrante. / In addition to the triad of symptoms characterizing autism, this neurodevelopmental condition is characterized by visual and motor atypicalities and, at the cerebral level, by atypical connectivity between the different brain areas. Anatomically, one of the most replicated finding is a reduction of the corpus callosum. However, evidence of a direct effect of the corpus callosum reductions on integrity and efficiency of interhemispheric transfer is lacking. Three different studies were designed to investigate different aspect of visuo-motor processing: interhemispheric transfer between bilateral motor and visual brain areas, perceptual processing speed, visually guided motor performance. In the first study, the visuo-motor Poffenberger paradigm was used to measure interhemispheric transfer time (IHTT). Structural and functional magnetic resonance imaging (fMRI) and diffusion tensor imaging (DTI) were also used to study the brain networks involved in the Poffenberger task. Autistics were compared to typically developing individuals. The second study investigates whether perceptual processing speed (Inspection Time task) is atypical in autism. In the third study, two visually-guided motor tasks (the Purdue pegboard and Annett peg moving task) were used to verify the nature and magnitude of motor deficits. The Purdue task includes two bimanual conditions used as additional measures of interhemispheric communication integrity. Moreover, in studies 2 and 3, behavioral differences between autistic and Asperger individuals were investigated in order to see if and how the two subgroups can be distinguished in terms of perceptual processing and motor deficits. No group difference was observed in terms of IHTT. The fMRI results reveal a different pattern of cortical activations associated to the Poffenberger task. In the autism and typical groups, the efficiency of interhemispheric communication was associated with different portions of the corpus callosum (frontal/premotor in typicals, posterior/visual in autistics). These results demonstrate an atypical pattern of interhemispheric visuo-motor information transfer, possibly reflecting a more prominent role of visual mechanisms guiding sensorimotor behavior in autism, related to cerebral reorganizations. Results of the behavioral studies indicate that autistics have an excellent visual processing speed while Asperger individuals performed like typicals. Motor impairments also differed between the two subgroups; dexterity and bimanual coordination was impaired in Asperger individuals but not in autistics, who presented more difficulties in unimanual conditions. Autism and Asperger subgroups are characterized by different cognitive profiles in which visual processing and motor deficits are important factors.

Il est maintenant bien établi que le cerveau humain est doté d’un système de neurones qui s’active tant à la perception qu’à l’exécution d’une action. Les neurones miroirs, ainsi que le système qu’ils forment avec des structures adjacentes appelées système neurones miroirs (SNM), ont été relié à la compréhension d’action et pourrait être impliqué dans les fonctions sociales de haut niveau tel que l’empathie et l’imitation. Dans la foulée spéculative reliant le SNM à la sphère sociale, le dysfonctionnement de ce système a rapidement gagné intérêt dans la genèse des anomalies du domaine social chez les personnes présentant le Trouble du spectre de l’autisme (TSA). Néanmoins, l’hypothèse voulant que le dysfonctionnement social des TSA repose sur une atteinte du SNM est controversée. En effet, les études soutenant cette hypothèse nécessitent des fonctions cognitives et sociales qui peuvent contribuer à l’obtention de résultats atypiques, telles que la compréhension des consignes, l’attention sur des stimuli sociaux ou la réalisation d’acte moteur. Récemment, un protocole auditif de négativité de discordance (MMN) utilisant des stimuli reliés à l’action humaine a été utilisé pour mesurer l’activité du SNM. Cette technique semble prometteuse dans la mesure où elle ne nécessite pas de capacités attentionnelles ou langagières, elle est brève et demande un montage minimal d’électrodes. Le premier article avait comme objectif principal de mesurer la validité de convergence du protocole MMN relié à l’action avec celui du rythme mu, le protocole le plus utilisé pour enregistrer l’activité miroir à l’aide de l’électroencéphalographie (EEG). Les modes de stimulation ont été délivrées en bloc successif à un groupe de 12 adultes en santé. Alors que les deux techniques ont modulé efficacement les régions fronto-centrales et centrales respectivement, mais ne sont pas corrélées, nous avons conclu qu’il est possible 2 qu’elles mesurent des aspects différents du SNM. Le deuxième article avait comme objectif principal de mesurer l’activité du SNM à l’aide du protocole MMN relié à l’action chez 10 enfants présentant un TSA ainsi que chez 12 enfants neurotypiques dans la même tranche d’âge (5-7ans). Chez les enfants TSA, nous avons montré un patron de latence inversée, comparativement aux enfants du groupe contrôle; ils traitaient plus rapidement les sons contrôles que les sons reliés à l’action humaine, alors que la tendance inverse était observée chez les contrôles. De plus, bien que les deux groupes différaient quant aux sons d’action, ils ne différaient pas quant aux sons contrôles. Quant à l’amplitude, les enfants TSA se distinguaient du groupe contrôle par une amplitude restreinte du son d’action provenant de la bouche. Par ailleurs, les mesures neurophysiologiques et neuropsychologiques n’étaient pas corrélées. En sommes, basé sur la prémisse que ce protocole MMN pourrait mesurer l’activité du SNM, cette thèse a comme but d’améliorer les connaissances quant à son utilisation chez l’adulte et l’enfant neurotypique ainsi que chez l’enfant TSA. Celui-ci pourrait ultimement être utilisé comme un biomarqueur potentiel du TSA. / Mirror-neuron system (NMS) has been suggested to underlie action understanding, which is believed to be involved in higher social functions such as empathy and imitation. Numerous studies have also provided indirect evidence supporting the existence of a MNS in the human brain using functional magnetic resonance imaging, transcranial magnetic stimulation, magnetoenceophalography and electroencephalography (EEG). As evidence relating MNS function with social cognition accumulated, its dysfunction was proposed to underlie social impairments in Autism Spectrum Disorder (ASD). Although some studies have reported structural and/or functional data supporting this hypothesis, it remains controversial. Indeed, the techniques used to probe MNS activity often require the participant to understand the task, display sustained attention and present spared visual cognitive functions, which could be altered in ASD population. This, in turn, could partly explain differences in MNS activity found between invididuals with ASD and neurotypical participants. The auditory mismatch negativity (MMN) protocol has recently been proposed as a viable tool to assess MNS activity using action-related sounds. This relatively short oddball paradigm does not require visual, attentional or language skills and can be performed with minimal electrode installation (minimal use of 4 electrodes). This action-related MMN may therefore be well-suited to investigate MNS function in very young children or populations with mental disabilities, such as ASD. The first article of this thesis assessed the convergent validity of the action-related MMN protocol with a mu rhythm suppression paradigm, which is the most commonly used EEG measure of MNS activity. To do so, both protocols were consecutively administered in healthy adults in the same experimental session. While both techniques successfully 4 modulated the fronto-central and central brain regions using action-related stimuli, they did not correlate significantly. This suggests that the two techniques may not probe the same aspects of MNS function. The second article aimed at investigating MNS activity in children with ASD using the action-related MMN protocol. Data were compared to age-matched typically developing children. We show that children with ASD present an opposite pattern to that of control children : whereas MMN latencies are shorter for action-related sounds compared to control sounds in neurotypical children, the opposite pattern is observed in children with ASD. Furthermore, although the two groups present different response patterns with regards to action-related sounds, they repond similarly to control sounds. For amplitude measurements, children with ASD display reduced amplitude to action-related sounds produced by the mouth compared to neurotypical children. In summary, this thesis aimed at determining whether and action-related MMN protocol could be used to measure MNS activity in neurotypical adults and children, as well as in ASD children. The action-related MMN could potentially be used as a biological biomarker of ASD pending further studies.

Questions : Cette thèse visait à répondre à deux questions fondamentales : 1) Est-ce que les athlètes qui présentent un historique de commotions cérébrales du sport en conservent des effets délétères à long terme? ; et 2) Est-ce que les effets néfastes des commotions cérébrales récurrentes sur le fonctionnement tant cognitif que moteur sont cumulatifs? Devis expérimental : À l’aide d’un plan d’investigation double-cohorte réalisé avec un groupe d’athlètes évoluant au niveau universitaire et un autre formé d’anciens athlètes universitaires testés plus de trois décennies plus tard, les quatre études qui composent cette thèse ont employé des méthodes raffinées d’investigation des fonctions cognitives et motrices pour en déceler des atteintes persistantes. Méthodologie : Les potentiels évoqués cognitifs ainsi que les tests neuropsychologiques ont permis de sonder le fonctionnement cognitif de ces athlètes alors que la stimulation magnétique transcrânienne, une plateforme de force permettant de mesurer la stabilité posturale ainsi qu’un système d’enregistrement tridimensionnel des mouvements rapides alternatifs ont servi à l’évaluation de l’intégrité du système moteur. Résultats : Cette thèse a permis de déceler des altérations persistentes et cumulatives des fonctions cognitives et motrices. De plus, ces subtiles atteintes observées chez les jeunes athlètes, affectant essentiellement des marqueurs neurophysiologiques sous-cliniques du fonctionnement cognitif et moteur, s’étaient accentuées chez les anciens athlètes universitaires qui montraient un déclin quantifiable tant des fonctions cognitives que motrices. Discussion : Ces résultats suggèrent d’une part que les commotions cérébrales du sport entraînent des altérations cognitives et motrices chroniques qui s’accentuent en fonction du nombre de commotions cérébrales subies. D’autre part, les effets délétères des commotions cérébrales du sport sur le fonctionnement cognitif et moteur combinés à ceux associés au processus de vieillissement entraînent un déclin cognitif et moteur quantifiable en comparaison aux anciens athlètes n’ayant jamais subi de commotions cérébrales. / Question: This thesis aimed to address two fundamental issues: 1) Are there long-lasting effects of sports-related concussion on cognitive and motor functions? and 2) Are the adverse effects of recurrent concussions cumulative? Experimental Design: The cross-sectional thesis design included a group of active university-level athletes as well as a group of former athletes recruited more than three decades after their university years who were tested on neurophysiological measures of both cognitive and motor system functions. Methods: Event-Related potentials and neuropsychological tests were used to assess cognitive functions while transcranial magnetic paradigms were used to assess motor cortex excitability, a force platform was used to assess postural stability and a 3-dimensional recording device was used to track hand position when performing a rapid alternating movement task. Results: This thesis disclosed persistent and cumulative alterations of both cognitive and motor functions after sports concussions. Furthermore, subclinical, neurophysiological alterations found in young concussed athletes were exacerbated in former athletes with concussions who displayed quantifiable cognitive and motor functions decline more than three decades post-concussion. Discussion: These results suggest that sports concussions induce cognitive and motor functions abnormalities that worsen as a function of the number of concussions sustained. Moreover, findings from the present thesis indicate that the deleterious effects of sports concussion on cognitive and motor system functions combined to those associated with the aging process lead to quantifiable decline on both cognition and motor functions.

Le couplage entre la tectonique des plaques et la convection mantellique est généralement étudié avec des modèles numériques dans lesquels le nombre de plaques est fixé a priori. Nous présentons ici un nouvel outil : le modèle MACMA (MAnteau Convectif Multi-Agents) simule une tectonique variable dans le temps, avec des frontières de plaques mobiles dans une géométrie cylindrique 2D. Les vitesses de plaques sont calculées à partir d'un bilan de forces individuel et des mécanismes explicites sont utilisés pour simuler la dynamique des frontières de plaques, décrivant en particulier l'initiation des subductions, la migration des fosses de subduction, la rupture de lithosphère continentale (ouverture d'un océan) et la suture de plaques. La géométrie et l'état thermique du système sont ainsi mis à jour à chaque pas de temps. Dans notre modèle, le nombre de plaques tectoniques émerge donc naturellement de leur interaction. Cette approche est basée sur des systèmes multi-agents en interaction thermique et mécanique. Notre modèle met en jeu quatre types d'agents : cellules de convection, plaques lithosphériques, continents et frontières de plaques. Ces agents collectent des informations dans leur environnement pour prendre des décisions en fonction de règles de comportement incorporées dans le modèle géophysique. Le développement de cette méthode présente deux objectifs : (1) examiner dans quelle mesure des lois de comportement analytiques et empiriques peuvent affecter la dynamique des plaques, et (2) évaluer l'impact des mécanismes de surface de la tectonique des plaques sur l'évolution thermique du manteau. Nous obtenons des prédictions des forces motrices et des vitesses de plaques de la tectonique qui sont en bon accord avec les observations. De plus, notre modèle met en évidence le rôle clé joué par la distribution des âges du plancher océanique sur les fluctuations de flux de chaleur à la surface du manteau, soulignant ainsi l'importance des changements structurels à l'échelle locale (par exemple, la création d'une nouvelle dorsale océanique). D'autre part, en utilisant dans nos simulations les estimations courantes de la température et de la viscosité du manteau, la configuration actuelle des plaques correspond à une phase de décroissance du flux de chaleur, corroborant ainsi le comportement thermique déduit des reconstructions tectoniques récentes. Sur le long terme, l'histoire thermique terrestre est généralement étudiée à partir de lois d'échelle reliant le flux de chaleur surfacique à la température et à la viscosité du manteau convectif. Cependant, une telle paramétrisation du flux conduit à une divergence de la température dans le passé, quand elle est utilisée dans le bilan thermique global de la planète pour calculer l'état thermique de la Terre en remontant le temps à partir de la valeur actuelle de flux de surface. Afin d'étudier le taux de refroidissement de la Terre en utilisant des processus tectoniques explicites, nous avons mis à profit le faible temps de calcul du modèle MACMA pour étudier l'effet d'un large panel de paramètres physiques sur l'évolution thermique à long terme du système. Pour des paramètres terrestres, un taux de refroidissement moyen de 60 K par milliard d'années est obtenu sur 3 Ga, ce qui respecte les contraintes pétrologiques et rhéologiques dont disposent les géologues, sans pour autant invoquer une tectonique plus lente dans le passé, comme cela est souvent fait pour éviter la catastrophe thermique obtenue par les méthodes classiques de paramétrisation. Deux échelles de temps apparaissent donc dans l'évolution du flux de chaleur : une décroissance monotone sur le long terme (plusieurs milliards d'années) et des fluctuations de forte amplitude à court terme dues aux réarrangements structurels de la tectonique des plaques. Nous montrons que la viscosité du manteau n'est pas un paramètre clé de l'évolution thermique du système. Le taux de refroidissement de la planète dépend principalement de sa capacité à remplacer du plancher océanique vieux et isolant par une lithosphère jeune donc fine. Ainsi, les principaux paramètres de contrôle sont liés aux processus de surface, tels que le seuil de rupture continentale et l'âge critique d'initiation des subductions. Nous déduisons de cette étude que la convection mantellique seule ne peut rendre compte de la complexité du refroidissement du manteau à différentes échelles de temps, et que ce sont les processus tectoniques de surface qui contrôlent l'évolution thermique de la Terre.

Et si les propriétés sensori-motrices de la parole modelaient le langage ? Cette hypothèse a propulsé le langage dans le monde de la complexité et de la cognition en-corporée. Nous introduisons ici différents types d'arguments montrant le rôle de la motricité de la parole dans la genèse du langage. Motricité orofaciale, d'abord, avec l'idée que les propriétés de la coordination inter-articulateurs contraindraient la morphogenèse du langage. Motricité orofaciale et brachiomanuelle, ensuite, avec l'hypothèse que le langage émergerait de la coordination main-bouche portant l'acte de pointage par la voix et par la main. Dans ce cadre, nos expériences analysent les mouvements enregistrés chez des locuteurs du français dans différentes tâches afin d'établir les propriétés des coordinations mâchoire-langue-lèvres dans la parole, puis mâchoire-main dans le pointage. Ces recherches s'intègrent au cadre de recherche global et récent proposant d'étudier le langage comme un système-complexe.

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Les microtubules sont de longs polymères cylindriques de la protéine α, β tubuline, utilisés dans les cellules pour construire le cytosquelette, le fuseau mitotique et les axonèmes. Ces polymères creux sont cruciaux pour de nombreuses fonctions cellulaires, y compris le transport intracellulaire et la ségrégation chromosomique pendant la division cellulaire. Au fur et à mesure que les cellules se développent, se divisent et se différencient, les microtubules passent par un processus, appelé instabilité dynamique, ce qui signifie qu’ils basculent constamment entre les états de croissance et de rétrécissement. Cette caractéristique conservée et fondamentale des microtubules est étroitement régulée par des familles de protéines associées aux microtubules. Les protéines de kinésine-13 sont une famille de facteurs régulateurs de microtubules qui dépolymérisent catalytiquement les extrémités des microtubules. Cette thèse traite d’abord des concepts mécanistiques sur le cycle catalytique de la kinésine-13. Afin de mieux comprendre le mécanisme moléculaire par lequel les protéines de kinésine-13 induisent la dépolymérisation des microtubules, nous rapportons la structure cristalline d’un monomère de kinésine-13 catalytiquement actif (Kif2A) en complexe avec deux hétérodimères αβ-tubuline courbés dans un réseau tête-à-queue. Nous démontrons également l’importance du « cou » spécifique à la classe de kinésine-13 dans la dépolymérisation catalytique des microtubules. Ensuite, nous avons cherché à fournir la base moléculaire de l’hydrolyse tubuline-guanosine triphosphate (GTP) et son rôle dans la dynamique des microtubules. Dans le modèle que nous présentons ici, l’hydrolyse tubuline-GTP pourrait être déclenchée par les changements conformationnels induits par les protéines kinésine-13 ou par l’agent chimique stabilisant paclitaxel. Nous fournissons également des preuves biochimiques montrant que les changements conformationnels des dimères de tubuline précèdent le renouvellement de la tubuline-GTP, ce qui indique que ce processus est déclenché mécaniquement. Ensuite, nous avons identifié la kinésine de microtubule Kif2C comme une protéine associée à des modèles d’ADN imitant la rupture double brin (DSB) et à d’autres protéines de réparation DSB connues dans les extraits d’œufs de Xenope et les cellules de mammifères. Les cassures double brin d’ADN (DSB) sont un type majeur de lésions d’ADN ayant les effets les plus cytotoxiques. En raison de leurs graves impacts sur la survie cellulaire et la stabilité génomique, les DSB d’ADN sont liés à de nombreuses maladies humaines, y compris le cancer. Nous avons constaté que les activités PARP et ATM étaient toutes deux nécessaires pour le recrutement de Kif2C sur les sites de réparation de l’ADN. Kif2C knockout ou inhibition de son activité de dépolymérisation des microtubules a conduit à l’hypersensibilité des dommages à l’ADN et à une réduction de la réparation du DSB via la jonction terminale non homologue et la recombinaison homologue. Dans l’ensemble, notre modèle suggère que les protéines de kinésine-13 peuvent interagir avec les dimères de tubuline aux extrémités microtubules et modifier leurs conformations, moduler l’étendue des extrêmités tubuline-GTP dans les cellules et déclencher le désassemblage des microtubules. Ces deux modèles pourraient être des clés pour démêler les mécanismes impliqués dans le nouveau rôle de Kif2C dans la réparation de l’ADN DSB sans s’associer à des polymères de microtubules. / Microtubules are long, cylindrical polymers of the proteins α, β tubulin, used in cells to construct the cytoskeleton, the mitotic spindle and axonemes. These hollow polymers are crucial for many cellular functions including intracellular transport and chromosome segregation during cell division. As cells grow, divide, and differentiate, microtubules go through a process, called dynamic instability, which means they constantly switch between growth and shrinkage states. This conserved and fundamental feature of microtubules is tightly regulated by families of microtubule-associated proteins (MAPs). Kinesin-13 proteins are a family of microtubule regulatory factors that catalytically depolymerize microtubule ends. This thesis first discusses mechanistic insights into the catalytic cycle of kinesin-13. In order to better understand the molecular mechanism by which kinesin-13 proteins induce microtubule depolymerization, we report the crystal structure of a catalytically active kinesin-13 monomer (Kif2A) in complex with two bent αβ-tubulin heterodimers in a head-to-tail array. We also demonstrate the importance of the kinesin-13 class-specific “neck” in modulating Adenosine triphosphate (ATP) turnover and catalytic depolymerization of microtubules. Then, we aimed to provide the molecular basis for tubulin-Guanosine triphosphate (GTP) hydrolysis and its role in microtubule dynamics. Although it has been known for decades that tubulin-GTP turnover is linked to microtubule dynamics, its precise role in the process and how it is driven are now well understood. In the model we are presenting here, tubulin-GTP hydrolysis could be triggered via the conformational changes induced by kinesin-13 proteins or by the stabilizing chemical agent paclitaxel. We also provide biochemical evidence showing that conformational changes of tubulin dimers precedes the tubulin-GTP turnover, which indicates that this process is triggered mechanically. Next, we identified microtubule kinesin Kif2C as a protein associated with double strand break (DSB)-mimicking DNA templates and other known DSB repair proteins in Xenopus egg extracts and mammalian cells. DNA double strand breaks (DSBs) are a major type of DNA lesions with the most cytotoxic effects. Due to their sever impacts on cell survival and genomic stability, DNA DSBs are related to many human diseases including cancer. Here we found that PARP and ATM activities were both required for the recruitment of Kif2C to DNA repair sites. Kif2C knockdown/knockout or inhibition of its microtubule depolymerizing activity led to accumulation of endogenous DNA damage, DNA damage hypersensitivity, and reduced DSB repair via both non-homologous end-joining (NHEJ) and homologous recombination (HR). Interestingly, genetic depletion of KIF2C, or inhibition of its microtubule depolymerase activity, reduced the mobility of DSBs, impaired the formation of DNA damage foci, and decreased the occurrence of foci fusion and resolution. Altogether, our findings shed light on the mechanisms involved in kinesin-13 catalyzed microtubule depolymerization. Our tubulin-GTP hydrolysis model suggests that kinesin-13 proteins may interact with tubulin dimers at microtubules ends and alter their conformations, modulate the extent of the GTP caps in cells and trigger microtubule disassembly. These two models could be keys to unravel the mechanisms involved in the novel role of Kif2C in DNA DSB repair without associating with microtubule polymers.