京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第23104号 / 医博第4731号 / 新制||医||1050(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 渡邉 大, 教授 林 康紀, 教授 村井 俊哉 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

La dextérité, notamment la pince de précision (i.e., opposition pouce-index) est une fonction très développée chez l’homme. Elle est basée sur l’habileté à contrôler précisément et indépendamment les forces et mouvements des doigts en relation avec les contraintes de la tâche. Les muscles de la main responsables du mouvement des doigts sont gouvernés par le système corticospinal (CS) latéral. La principale source de ce système CS est l’aire motrice primaire (M1), laquelle possède des projections CS directes sur les motoneurones des muscles de la main. Cependant, d’autres projections CS en provenance des aires motrices non primaires ont été trouvées, notamment en provenance de l’aire motrice supplémentaire (SMA). Chez l’homme, la fonctionnalité de cette voie dans le contrôle habile des doigts a peu été étudiée. L’objectif de cette thèse est d’étudier, chez l’homme, l’implication des projections CS de la SMA lors de contrôle manuel précis de force. Pour ce faire, nous avons utilisé la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) et l’électroencéphalographie (EEG).A travers différentes études, nous avons pu mettre en évidence l’importante implication de la SMA dans la dextérité. Il semblerait que cette aire puisse agir en parallèle à M1 en régulant directement l’excitabilité des motoneurones de la moelle épinière. En conclusion, nos résultats suggèrent que M1 et SMAp ont une influence directe et efficace sur la production de force pendant des tâches motrices manuelles fines. / Human dexterity is a highly developed function based on the ability to independently and precisely control forces and movements of the fingers related to the constraints of the task. Hand muscles for finger movements are steered by the lateral corticospinal (CS) system. The main source of this CS system is the primary motor area (M1), which has direct CS projections on motoneurons innervating hand muscles. Recently, CS projections from non-primary motor area have also been found, especially from the supplementary motor area (SMA). However, the functionality of this CS tract in human manual force control is little studied. The aim of this thesis was to study the implication of the CS projections from SMA in precision manual force control, using electroencephalography (EEG) and transcranial magnetic stimulation (TMS).Altogether, the results obtained in our different studies show the important implication of SMA in dexterity. It appears that this area can act in parallel with M1, directly influencing excitability of spinal motoneurons. We conclude that M1 and SMA both have direct and efficient influence on force production during fine manual motor tasks.

Ce travail s'intéresse à l'organisation fonctionnelle du système sensorimoteur. La somatotopie est une caractéristique essentielle de M1, mais l'organisation fonctionnelle des autres aires motrices (PM, SMA, et IPL) n'est pas encore clairement établie. Premièrement, nous avons exploré par IRMf l'organisation fonctionnelle sensorimotrice chez des sujets sains exécutant des mouvements simples. Nos résultats montrent que les représentations motrices sont organisées selon des synergies musculaires et qu'une organisation somatotopique, différente de celle de M1, existe dans l'IPL. Bien qu'elle fasse régulièrement l'objet de critiques, la DES est à la base de la plupart de nos connaissances sur le cortex moteur, que confirme les études en IRMf. Ainsi, en réponse au débat en cours, nous avons passé en revue les arguments récents confortant la confiance que nous pouvons accorder à la DES. Des études récentes concluent à l'implication du PPC dans l'intention motrice, mais le débat reste ouvert sur la relation entre intention et préparation motrices. Certains prétendent que l'intention serait le sous-produit de la préparation motrice, ne laissant aucune place à la volonté dans le contrôle moteur. Pour étudier cette question, nous avons mis en place une expérience comportementale, incluant des tâches de réaction simple et de Libet pour comparer les deux processus cognitifs. Nos résultats montrent que le temps de réaction entre intention interne et réaction motrice est égal à celui séparant commande externe et réaction motrice. Cela contredit donc l'affirmation selon laquelle la préparation motrice précèderait l'intention et donc que l'intention émergerait du processus d'intention motrice / In this thesis, I am interested in the functional organization of human cortical sensorimotor system. Somatotopy is the prominent structure of the functional organization in sensory and motor cortex. However, the structure of the functional organization in higher order motor area, such as IPL is little known. Therefore, in the first part, I study the functional organization of human sensory- and motor- related brain regions using fMRI, by guiding healthy subjects to perform simple repetitive movements of different body parts. Our results demonstrate that, 1) motor synergy is the neural basis represented in the motor cortex; and 2) somatotopic organization also exists in IPL but with different structure from that of sensorimotor cortex. Despite continuous criticism on DES, most of our primitive knowledge of the sensorimotor cortex comes from DES studies, and our fMRI result supports the findings of DES. In response to the ongoing debate on DES, in the second study, we review recent evidence to re-establish the confidence on DES. Accumulating evidence indicates that PPC is related to the emergence of motor intention. However, debate on the relation between motor intention and preparation never stops, some claims that motor intention is the byproduct from motor preparation, thus denying the volition of human motor control. Besides this complexity, we design a straightforward behavior experiment, including simple reaction task and Libet task, in order to compare the cognitive process of motor preparation and motor intention. Our result shows that RT from internal motor intention to motor output is equal to the RT from external cue to motor output, thus rejecting the possibility that motor preparation starts in advance of motor intention and doesn't support that motor intention arises from the process of motor intention