La nociception est un système d’alarme spécialisé dans la détection d’évènements potentiellement nocifs pour l’organisme. Les informations nociceptives sont traitées en priorité par le cerveau et captent l’attention involontairement (un mécanisme ascendant). Cependant, l’information sensorielle à laquelle nous portons attention volontairement est sélectionnée pour être priorisée (un mécanisme descendant). Ainsi, le traitement de l’information nociceptive est déterminé par une balance attentionnelle résultant de la compétition entre les signaux ascendants et descendants. Or, des situations où plusieurs stimuli nociceptifs ont lieu simultanément se produisent couramment. Mais quels mécanismes permettent au système nerveux central de s’adapter à de telles situations? Cela demeure méconnu à ce jour. L’objectif principal de cette thèse était de mieux comprendre les mécanismes d’intégration cérébrale de l’information nociceptive. Cette thèse inclut quatre études examinant l’intégration cérébrale de l’information nociceptive bilatérale dans différentes conditions expérimentales. Dans ces études, nous avons investigué comment l’intégration de l’information nociceptive est affectée par 1) la latéralisation hémisphérique présumée distincte entre les droitiers et les gauchers, 2) la modalité utilisée pour induire la douleur (stimuli laser sélectifs aux nocicepteurs et stimuli électriques non spécifiques), 3) l’attention spatiale et 4) la proximité des régions corporelles stimulées. Dans chaque étude, au moins vingt participants furent recrutés et reçurent soit des stimuli électriques (étude 1 et 3) ou lasers (étude 2 à 4) douloureux. L’activité du cerveau fut enregistrée avec l’électroencéphalographie. Les stimulations unilatérales et bilatérales furent appliquées sur les chevilles (étude 1) et sur les mains (études 2 à 4). Les variables d’intérêts étaient la perception de la douleur, les potentiels évoqués, et les oscillations cérébrales évoquées entre 2 et 100 Hz. Nos résultats indiquent que l’effet le plus reproductible lors d’une stimulation laser ou électrique bilatérale comparée à une stimulation unilatérale, est une augmentation de l’amplitude des réponses cérébrales (potentiels évoqués et oscillations cérébrales dans certaines bandes de fréquences). De plus, la comparaison entre les gauchers et les droitiers indique que ces effets sont comparables malgré la latéralisation hémisphérique présumée. Par ailleurs, l’augmentation des réponses cérébrales est modulée par la proximité des régions corporelles stimulées. Quant à la perception de la douleur, elle augmente pour les stimuli bilatéraux lorsque ces derniers sont appliqués sur les chevilles ou les mains. Pour les mains, cet effet dépend toutefois de la distance entre les mains et de l’attention spatiale, étant observé seulement lorsque les mains sont rapprochées l’une de l’autre ou lorsque l’attention spatiale est dirigée vers les deux mains plutôt qu’une seule. Ces résultats montrent que l’intégration cérébrale de l’information nociceptive bilatérale est modulable, et nous proposons que l’augmentation des réponses cérébrales lors d’une stimulation bilatérale reflète une augmentation de la saillance et de la capture attentionnelle. Cette intégration et sa modulation par différents facteurs permettraient au système nerveux central de produire des réponses adaptées selon les sources de nociception et la balance attentionnelle. / Nociception is an alarm system specialized in the detection of events that are potentially harmful to the body. Nociceptive processing is prioritized in the brain and is particularly adept at capturing attention automatically and involuntarily (i.e., a bottom-up mechanism). However, the sensory information to which we voluntarily pay attention (a top-down mechanism) is also prioritized. Thus, the processing of nociceptive information is subject to a bottom-up and top-down attentional balance. However, situations where several nociceptive stimuli take place simultaneously are common. The mechanisms that allow the nervous system to manage this attentional balance in such situations remain poorly understood. The main objective of this thesis was to better understand the integration of nociceptive information. This thesis presents four studies examining the cortical integration of bilateral nociceptive stimuli. These studies investigated the role of 1) the hemispherical lateralization of pain that is presumed to be different between left- and right-handed individuals, 2) the modality (a bottom-up mechanism) used to induce pain, 3) spatial attention (a top-down mechanism), and 4) between-limb proximity in the integration of bilateral painful stimuli. In each study, at least twenty participants were recruited and received either painful but tolerable electrical (Studies 1 and 3) or laser (Studies 2 to 4) stimulation. Brain activity was recorded via electroencephalography. Unilateral and bilateral stimulations were delivered to the ankles (Study 1) and to the hands (Studies 2 to 4). The variables of interest were pain perception, evoked potentials (ERP), and event-related spectral perturbations (ERSP) from 2 to 100 Hz. In the first study, the impact of the hemispherical lateralization of pain processing (located mainly in the right hemisphere) on the integration of pain stimuli was examined by comparing left-handed and right-handed participants. In the second study, lasers selectively activating nociceptors were used to study the integration of bilateral nociceptive stimuli specifically. The third study sought to explain the observed discrepancies between laser and electrical modalities in Studies 1 and 2 by comparing these modalities in the same participants and in two separate experiments. The fourth study explored the role of spatial attention and limb proximity in the integration of bilateral nociceptive stimuli. The results show that bilateral painful stimuli led to increases in ERP and some ERSP frequencies compared to unilateral stimuli. These results were similar between left-handed and right-handed people. More variability was noted for laser compared to electrical stimuli with the most reproducible response being an increase in ERP and ERSP. Finally, this increase was modulated by limb proximity. Pain perception was increased for bilateral stimuli to the ankles. It was also increased for bilateral stimuli to the hands, but only when the limbs were in close proximity or when spatial attention was global. These results suggest that bilateral painful stimuli are integrated, which possibly reflects an increase in salience and attentional capture. This would allow the central nervous system to produce adapted responses in the face of increased danger.

L’instabilité posturale est fréquente chez les séniors et peut entrainer la chute. La chute chez les séniors est un problème majeur de santé publique. Les chiffres épidémiologiques sont éloquents : une personne sur trois âgées de plus de 70 ans fera une chute dans l’année. Les causes sont multifactorielles : ostéo-articulaire, visuelle, cognitive, vestibulaire…. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à l’évolution de la fonction des récepteurs vestibulaires périphériques avec l’âge et à la perception de rotation à partir des entrées canalaires horizontales (système vestibulaire central et projections vestibulaires corticales). Notre but est d’essayer de comprendre l’implication du vieillissement du système vestibulaire dans l’instabilité posturale des séniors. Au niveau périphérique, nous avons quantifié la fonction des canaux semi-circulaires horizontaux par le test calorique et le vidéo-head impulse test. La fonction des récepteurs otolithiques (utriculaire et sacculaire) a été évaluée par les potentiels évoqués myogéniques recueillis au niveau cervical (voies sacculo-spinales) et oculaire (voies utriculo-oculaires). Au niveau central, la perception de l’entrée vestibulaire canalaire horizontale a été appréciée après irrigation à l’eau chaude du conduit auditif externe en appliquant un score de perception (présence ou absence de sensation rotatoire). Finalement, l’équilibre a été quantifié grâce au test d’organisation sensorielle sur l’Equitest et grâce à un système que nous avons récemment mis au point en collaboration avec le Professeur Curthoys à Sydney, comprenant une Wii Balance Board, un tapis mousse et un masque de réalité virtuelle (Oculus Rift). Les résultats ont montré une diminution des réponses oculaires au test calorique après 70 ans mais une absence de baisse du gain du réflexe vestibulo-oculaire horizontal au vidéo-head impulse test. La fonction otolithique, sacculaire et utriculaire, est altérée avec l’âge quelle que soit la stimulation utilisée (aérienne ou osseuse). La perception de l’entrée vestibulaire canalaire horizontale induite par une stimulation calorique nous a permis de montrer pour la première fois que certains séniors ne percevaient pas la sensation de rotation malgré une réponse oculaire normale (vitesse maximale de la phase lente du nystagmus oculaire supérieure à 15°/s). Dans notre population, nous avons pu ainsi définir deux types de séniors : un groupe présentant une perception de vertige rotatoire et un groupe « négligeant » ne pouvant pas reconstruire une sensation rotatoire à partir des entrées vestibulaires canalaires horizontales. La comparaison de ces deux groupes de séniors appariés sur l’âge ne montre aucune différence de la fonction canalaire horizontale ni de la fonction otolithique sacculaire et utriculaire. Néanmoins, les séniors négligents présentent en majorité des performances anormales (chute ou score diminué) à l’Equitest notamment en conditions 5 et 6. De plus, leur score au DHI est plus élevé relevant ainsi le handicape ressenti par ces séniors à cause de leur instabilité. En conclusion, les troubles de l’équilibre chez certains seniors pourraient résulter en partie d’une dysfonction vestibulaire centrale. Des études ultérieures permettront de déterminer si l’augmentation du seuil de perception rotatoire est un bon facteur prédictif du risque de chute. / Postural instability is common in seniors and can lead to falls which seniors are a major problem for Public Health. Epidemiological studies clearly show the magnitude of this problem: one in three people aged than more 70 years will fall in a year. This is caused by multiple factors including: musculoskeletal, visual, cognition, vestibular… The present study concerns the effect of age on the vestibular peripheral receptors function and on the perception of rotation from horizontal canal inputs (central vestibular processing and vestibular cortical projection). The aim is to try to understand the vestibular mechanisms involved in postural instability and mobility with age. At the peripheral level, the horizontal canal function was assessed using caloric test and video-Head Impulse Test. Otolith function (saccular and utricular) was assessed using vestibular evoked myogenic potentials recorded at cervical level (sacculo-spinal pathways) and at ocular level (utriculo-ocular pathways). At the central level, perception of motion from vestibular horizontal canal inputs was studied after caloric stimulation with warm water using a subjective perceptual score (presence or absence of rotatory vertigo). Finally, postural equilibrium was assessed with the Sensory Organization Test on the Equitest machine and also with a new system developed in collaboration with Prof. Curthoys (Sydney) using a Wii Balance Board, a foam rubber pad and a virtual reality headset (Oculus Rift DK2). Results showed decreased ocular responses induced by caloric stimulation after 70 years of age but healthy horizontal gain of the vestibulo-ocular reflex assessed by video-head impulse testing. The otolithic (saccular and utricular) function is impaired with age for all the stimuli used (air or bone conducted). Perception of motion induced by caloric stimulation (vestibular horizontal canal inputs) allowed us to show for the first time that some seniors are unable to feel the induced rotatory vertigo even with normal ocular responses (peak of the slow phase eye velocity higher than 15°/s). We defined two types of seniors: one senior group having a normal feeling of vertigo and one senior ‘neglect’ group who did not feel any sensation of rotation from horizontal canal inputs. The comparison of these two age-matched groups showed no difference in horizontal canal function, or otolithic function. The majority of the ‘neglect’ seniors with an absence of perception exhibited falls or a decreased score in conditions 5 and 6 during the Equitest. Moreover, their DHI scores were higher, showing the handicap induced by postural instability in these seniors. In conclusion, postural instability and falls in seniors may result from central vestibular impairment (inadequate central processing). A prospective study is needed to determine whether the increase perceptual threshold of rotation could be a good predictor of fall risk in seniors.