La souris scrambler (Dab1scm) est un mutant ataxique cérébelleux qui présente une mutation naturelle du gène mdab1, codant pour une protéine intracellulaire nécessaire à la voie de signalisation de la rééline. Cette protéine joue un rôle crucial dans la mise place et la plasticité des structures laminées telles que le cortex cérébral, l’hippocampe ou le cervelet. Notre objectif a été de caractériser le phénotype comportemental et neurochimique de la souris scrambler au cours du développement post-natal et à l’âge adulte. Les premiers signes de l’ataxie cérébelleuse sont observables dès 8 jours et sont majorés au cours des 2ème et 3ème semaines de vie post-natale. A l’âge adulte, la souris se caractérise par un trouble important de la coordination motrice et une hyperactivité locomotrice exacerbée et stéréotypée (comportement de rotation) lorsque l’animal est placé en milieu aquatique. Les tests du labyrinthe aquatique de Morris et de l’alternance spontanée mettent en évidence des déficiences possiblement causées par un trouble du guidage visuo-moteur et la désinhibition comportementale. Chez ces souris, l’activité métabolique régionale évaluée par le marquage de la cytochrome oxydase est relativement préservée dans le cervelet ; elle est en revanche altérée dans diverses régions du tronc cérébral qui lui sont associées ainsi que dans l’hippocampe et certaines régions corticales. Le comportement de rotation stéréotypé et l’hyperactivité causés possiblement par un déséquilibre neurochimique acétylcholine/dopamine a été évalué dans un rotamètre avec ou sans injection préalable d’un antagoniste des récepteurs D2. Parallèlement, l’innervation cholinergique du système nerveux central, révélée par l’activité de l’acétylcholinestérase était diminuée dans la substance noire pour laquelle nous avons observé une désorganisation et une perte partielle des neurones dopaminergiques. Bien que les atteintes multiples compliquent l’étude structuro- fonctionnelle de ce mutant, nos résultats ont permis de préciser le phénotype scrambler en le comparant aux autres mutants de la voie de la rééline. Ces mutants font l’objet aujourd’hui d’un intérêt croissant pour la modélisation non seulement de l’ataxie mais également de certaines maladies neurologiques et neuro-psychiatriques comme l’autisme et la schizophrénie / The Dab1scm scrambler mice is a cerebellar ataxic mutant spontaneously mutated for a gene encoding a protein of the reelin signaling pathway involved in the development and the plasticity of laminated structures such as the neocortex, the hippocampus, and the cerebellum. Our objective was to characterize the behavioral and neurochemical phenotype of the scrambler mice during postnatal developmental and adult stages. The first signs of cerebellar ataxia are observable as early as 8 days and increase during the 2nd and 3rd weeks of postnatal life. Adult mouse is characterized by a significant disturbance of motor coordination and a locomotor hyperactivity which increases ans becomes stereotyped (circling) when the animal was placed in water. Morris water maze and spontaneous alternation highlight deficiencies possibly caused by disorder of visuomotor control and disinhibitory processes. Brain regional metabolic activity measured by cytochrome oxidase is relatively preserved in the mutant cerebellum. However, it is impaired in various connected regions of the brainstem as well as in the hippocampus and some cortical regions. Circling behavior and hyperactivity, possibly caused by a neurochemical imbalance between acetylcholine and dopamine, were evaluated in a rotameter with or whithout prior injection of D2 receptor antagonist. In parallel, cholinergic innervation of the central nervous system measured by acetylcholinesterase activity is lower in the substantia nigra for which a partial disruption and loss of dopaminergic neurons is observed. Although the multiple alterations complicate the structuro-fonctional study of this mutant, results have clarified the scrambler phenotype by comparison with others mutants of the reelin pathway. This mutants are now subject to a growing interest in not only ataxia modeling but also some neurological and neuropsychiatric diseases

Suite à une lésion (ex: blessure médullaire, accident vasculaire cérébral) ou une maladie neurodégénérative (ex: maladie de Parkinson), le système nerveux central humain peut être sujet à de multiples déficiences sensori-motrices menant à des handicaps plus ou moins lourds au cours du temps.Face aux méthodes thérapeutiques classiques, la stimulation électrique fonctionnelle (SEF) des muscles préservés permet de restaurer le mouvement et de fournir une assistance afin d’améliorer la condition des personnes atteintes et de faciliter leur réadaptation fonctionnelle.De nombreuses problématiques intrinsèques à la complexité du système musculo-squelettique et aux contraintes technologiques rendent néanmoins difficile la démocratisation de solutions de stimulation électro-fonctionnelle en dépit d’avancées majeures dans le domaine.Visant à favoriser l’utilisabilité et l’adaptabilité de telles solutions, cette thèse s’appuie sur un réseau de capteurs/actionneurs génériques embarqués sur le sujet, afin d’utiliser la connaissance issue de l’observation et l’analyse du mouvement pathologique des membres inférieurs pour étudier et valider expérimentalement de nouvelles solutions de commande de la SEF à travers une approche orientée-patient. / The human central nervous system (CNS) can be subject to multiple dysfunctions. Potentially due to physical lesions (e.g.: spinal cord injuries, hemorrhagic or ischemic stroke) or to neurodegenerative disorders (e.g.: Parkinson’s disease), these deficiencies often result in major functional impairments throughout the years.As an alternative to usual therapeutic approaches, functional electrical stimulation (FES) of preserved muscles enables to assist individuals in executing functional movements in order to improve their daily life condition or to help enhancing rehabilitation process.Despite major technological advances in rehabilitation engineering, the complexity of the musculoskeletal system and the technological constraints associated have led to a very slow acceptance of neurorehabilitation technologies.To promote usability and adaptability, several approaches and algorithms were studied through this thesis and were experimentally validated in different clinical and pathological contexts, using low-cost wearable sensors combined to programmable stimulators to assess and control motion through a patient-centered approach.

A l'origine de notre travail se trouve le constat selon lequel, lorsqu'on s'intéresse au vieillissement, les recherches sont partitionnées en une multitude de domaines, de paradigmes expérimentaux et de théories résultant en un large puzzle de connaissance. Pourtant, au niveau comportemental, malgré les apparentes différences entre tous les champs d'étude, il existe des résultats empiriques montrant des évolutions communes dans les comportements des différents systèmes fonctionnels au cours de l'âge. C'est le cas notamment pour les tâches cognitives et sensorimotrices. Par exemple, pour les tâches où la rapidité est le critère de performance, les personnes âgées sont plus lentes que les jeunes ; elles sont aussi plus variables et moins adaptables face à l'augmentation de la difficulté. On observe cela à la fois au niveau cognitif et au niveau sensori-moteur. Plus généralement, avec l'âge les corrélations entre les performances de différents domaines fonctionnels augmentent, notamment entre la cognition et la sensori-motricité (Schäfer et al., 2006 ; Lindenberger & Ghisletta, 2009). Nous avons donc voulu comprendre comment et pourquoi des phénomènes comportementaux communs étaient observés aussi bien dans la cognition que la sensori-motricité. Une hypothèse envisagée est qu'ils seraient dus à des modifications structurelles et fonctionnelles du système nerveux central qui deviendrait de moins en moins différencié au fur et à mesure de l'avancement dans la vie (Reuter-Lorenz & Park, 2010 ; Heuninckx et al., 2005). C'est cette hypothèse que nous avons voulu explorer. / The starting point of this work was to realize that, when looking at aging research, studies are split in a multitude of domains, paradigms and theories resulting in a vast puzzle of knowledge. However, at the behavioral level, despite obvious differences between field of studies, there are empirical results showing common evolution between functional systems during the aging process. It is notably the case for cognitive and sensorimotor tasks. For example, when speed is the performance criterion, elderly are slower than their younger counterparts; there are also more variable and less adaptable as difficulty increases. These phenomenons can be observed in both cognitive and sensorimotor domain. More generally, correlation between performance in different functional domain increases through aging, and most notably between the cognitive and sensorimotor domain (Schäfer et al., 2006 ; Lindenberger & Ghisletta, 2009). We thus wanted to understand how and why those common behavioral phenomenon were observed. A considered hypothesis is that there would come from structural and functional modifications of the central nervous system which would become less and less differentiated through the course of aging (Reuter-Lorenz & Park, 2010 ; Heuninckx et al., 2005). We wanted to explore this hypothesis. At the start of our work, to our knowledge there was no theoretical framework explaining the compression of the cognitive and sensorimotor system in one less differentiated.

L’intégration sensori motrice (ISM) est le processus par lequel les afférences sensitives sont intégrées par le système nerveux central et utilisées pour assister l’exécution des programmes moteurs. Plusieurs données suggèrent que celle-ci est anormale dans la maladie de Parkinson et serait impliquée dans la pathophysiologie de l’akinésie. En effet, la discrimination cutanée, l’acuité tactile spatiale, la kinesthésie ont été décrites déficientes dans cette maladie. Sa sensibilité aux traitements dopaminergiques est controversée. L’objectif de notre travail a été de tacher de mettre en évidence cette ISM anormale dans la maladie de Parkinson grâce à 2 techniques neurophysiologiques. Il s’agissait pour la 1e de la synchronisation liée à l’évènement des rythmes bêta (SLE bêta) qui permet d’étudier la désactivation corticale à la fin d’un mouvement actif mais aussi l’intégration corticale des afférences somesthésiques notamment lors des mouvements passifs et de la stimulation électrique des nerfs périphériques. La 2nde était l’étude de la modulation de l’excitabilité du cortex moteur primaire (évalué par la stimulation magnétique transcrânienne (TMS)) par des afférences somesthésiques générées par la stimulation électrique du nerf médian. Le but était de mettre en évidence des anomalies dans la modulation de l’excitabilité du cortex moteur primaire dans les intervalles inhibiteurs courts et longs (SAI et LAI) et/ou facilitateur (AIF). L’effet des traitements dopaminergiques a été évalué dans les deux cas par un enregistrement des patients après un sevrage thérapeutique. De nombreux protocoles de stimulation magnétique transcrânienne répétitive du cortex moteur que ce soit à basse ou haute fréquence, ont montré une efficacité sur l’akinésie. Il semblerait que les séances à fréquence plus rapides soient plus efficaces. Nous avons testé une nouvelle technique excitatrice à haute fréquence dite theta burst intermittente (ITBS) en regard du cortex moteur primaire chez des patients parkinsoniens et évalué l’effet sur l’akinésie. Nous avons par ailleurs étudié l’effet de cette stimulation sur l’ISM évaluée en conditionnant la TMS par une stimulation électrique du nerf médian. Notre 1e partie de l’étude a mis en évidence un effondrement de la SLE bêta dans la maladie de Parkinson après un mouvement actif, passif et une stimulation électrique du nerf médian. La levodopa a amélioré seulement la SLE bêta lors du mouvement actif. Nous avons pu ainsi confirmer l’atteinte de la SLE bêta active dans la maladie de Parkinson en lien avec un déficit de désactivation corticale en fin de mouvement mais aussi mettre en évidence une atteinte de la SLE bêta sensitive témoin d’un déficit du traitement cortical des afférences proprioceptives. La SLE bêta active a été améliorée par la levodopa alors que la SLE sensitive n’a pas été modifiée ce qui montre la dopa sensibilité de la désactivation corticale et le caractère non dopa sensible de l'ISM. Notre 2e partie n’a pas mis en évidence de différence significative dans la modulation de l’excitabilité du cortex moteur primaire par la stimulation électrique du nerf médian entre des patients parkinsoniens en début de maladie ni à un stade plus avancé par rapport à des témoins appariés par l’âge. En revanche la prise de levodopa a été associée à une aggravation de la LAI ce qui suggère aussi l’absence d’amélioration de l’ISM dans la maladie de Parkinson voire son aggravation par le traitement dopaminergique. Nous avons par contre montré que la modulation de l’excitabilité du cortex moteur primaire déclinait avec le vieillissement normal pour ce qui concerne les intervalles longs inhibiteurs (LAI) et facilitateurs (AIF) grâce à une comparaison d’une population de sujets contrôles jeunes et âgés sains. La session unique d’ITBS appliquée sur le cortex moteur primaire des patients parkinsoniens a permis d’améliorer transitoirement l’akinésie et la rigidité du membre supérieur controlatéral. [...] / Sensori motor integration (SMI) is the process whereby sensory inputs are integrated by the central nervous system and used for assisting motor program execution. Further data suggest that SMI is deficient in Parkinson's disease and might be implied in pathophysiology of akinesia. Indeed, two point skin discrimination, precision in tactile spatial acuity, kinaesthesia have been described deficient in Parkinson's disease. Dopaminergic treatment effects in sensory processing are controversial. The aim of our study was to investigate SMI in Parkinson's disease by using two neurophysiological techniques. The first one was the event related synchronization of beta rhythms (ERS beta) which reflects neural deactivation of the motor network at the end of active movement and also somesthesic afferences processing after passive movement or electric nerve stimulation. The second technique was the modulation of primary motor cortex excitability (investigated by trans cranial magnetic stimulation (TMS)) by somesthesic afferences generated by median nerve electric stimulation. This electric nerve stimulation consisted in inhibitory short or long interstimulation intervals (respectively SAI and LAI) and also facilitatory interval (AIF). Dopaminergic treatment effect was investigated in both techniques by recording patients after treatment withdrawal. Many protocols of repetitive transcranial stimulation over the primary motor cortex have been shown to be effective to reduce akinesia in Parkinson’s disease. High frequencies of stimulation seem to be more effective. We aimed at studying if a new excitatory protocol of high frequency called intermittent theta-burst (iTBS) over the primary motor cortex also affects akinesia and SMI investigated by conditioning TMS by median nerve stimulation. The first part of our study showed a decrease in ERS beta in Parkinson disease after an active movement, a passive movement and en electric median nerve stimulation. We have confirmed that the active ERS beta is deficient in Parkinson's disease and is associated to a deficient motor cortex deactivation at the end of the movement. Furthermore, we showed that sensory ERS beta is deficient, reflecting that cortical processing of sensory afferences is also deficient. Levodopa enhanced active but not sensory beta ERS. This suggests the dopa sensitivity of motor cortex deactivation and the absence of dopasensitivity of cortical processing of somesthesic afferences generated by movement.The second part failed to show a significant difference between parkinsonian patients and age matched controls in the modulation of primary motor cortex by median nerve stimulation. In patients with Parkinson's disease, levodopa worsened LAI. This suggests that SMI in Parkinson disease is not dopa sensitive and is even worsened by treatment. In control subjects, the modulation of primary motor cortex excitability by sensory afferences declined with normal aging because LAI and AIF decreased in old compared to young controls.The unique session of iTBS over primary motor cortex in parkinsonian patients improved akinesia and rigidity of contralateral upper limb. This improvement was higher in patients under their usual dopaminergic treatment than in de novo patients or after treatment withdrawal. AIF was clearly enhanced but only in patients under usual dopaminergic treatment suggesting that iTBS over primary motor cortex has improved akinesia in patients treated by levodopa via an improvement of SMI.

Cette thèse se concentre sur les interactions émotionnelles en robotique autonome. Le robot doit pouvoir agir et réagir dans un environnement naturel et faire face à des perturbations imprédictibles. Il est donc nécessaire que le robot puisse acquérir une autonomie comportementale à savoir la capacité d'apprentissage et d'adaptation en ligne. En particulier, nous nous proposons d'étudier quels mécanismes introduire pour que le robot ait la capacité de se constituer une perception des objets de son environnement qui puisse être partagée par celle d'un partenaire humain. Le problème sera de faire apprendre à notre robot à préférer certains objets et à éviter d'autres objets. La solution peut être trouvée en psychologie dans ce que l'on appelle "référencement social" ("social referencing") qui consiste à attribuer une valeur à un objet grâce à l'interaction avec un partenaire humain. Dans ce contexte, notre problème est de trouver comment un robot peut apprendre de manière autonome à reconnaître les expressions faciales d'un partenaire humain pour ensuite les utiliser pour donner une valence aux objets et permettre leur discrimination. Nous nous intéresserons à comprendre comment des interactions émotionnelles avec un partenaire peuvent amorcer des comportements de complexité croissante tel que le référencement social. Notre idée est que le référencement social aussi bien que la reconnaissance d'expressions faciales peut émerger d'une architecture sensori-motrice. Sans connaissance de ce que l'autre est, le robot devrait réussir à apprendre des tâches "sociales" de plus en plus complexes. Nous soutenons l'idée que le référencement social peut être amorcé par une simple cascade d'architectures sensori-motrices qui à la base ne sont pas dédiées aux interactions sociales. Cette thèse traite de plusieurs sujets qui ont comme dénominateur commun l'interaction sociale. Nous proposons tout d'abord une architecture capable d'apprendre à reconnaître de manière autonome des expressions faciales primaires grâce à un jeu d'imitation entre une tête expressive et un expérimentateur. Les interactions avec le dispositif robotique commençeraient par l'apprentissage de 5 expressions faciales prototypiques. Nous proposons ensuite une architecture capable de reproduire des mimiques faciales ainsi que leurs différents niveaux d'intensité. La tête expressive pourra reproduire des expressions secondaires par exemple une joie mêlée de colère. Nous verrons également que la discrimination de visages peut émerger de cette interaction émotionnelle à l'aide d'une rythmicité implicite qui se crée entre l'homme et le robot. Enfin, nous proposerons un modèle sensori-moteur ayant la capacité de réaliser un référencement social. Trois situations ont pu être testées: 1) un bras robotique capable d'attraper et de fuir des objets selon les interactions émotionnelles venant du partenaire humain. 2) un robot mobile capable de rejoindre ou d'éviter certaines zones de son environnement. 3) une tête expressive capable d'orienter son regard dans la même direction que l'humain tout ! en attribuant des valeurs émotionnelles aux objets via l'interaction expressive de l'expérimentateur. Nous montrons ainsi qu'une séquence développementale peut émerger d'une interaction émotionnelle de très bas niveau et que le référencement social peut s'expliquer d'abord à un niveau sensori-moteur sans nécessiter de faire appel à un modèle de théorie de l'esprit.

Afin de comprendre la parole, les auditeurs ont besoin de transformer les signaux sensoriels en sens abstraits. Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur les processus perceptifs liés au système des sons du langage - le traitement phonologique, et examiné les mécanismes neurobiologiques sous-jacents.Dans la première partie de la thèse, nous avons examiné l'organisation temporelle du traitement phonologique dans le cerveau humain. En utilisant des enregistrements électroencéphalographiques (EEG), nous avons étudié le décours temporel pour le traitement perceptif de règles phonologiques spécifiques à la langue maternelle des auditeurs. Les résultats montre que les connaissances des auditeurs sur les règles phonologiques complexes de leur langue maternelle sont mise en oeuvre à un stade précoce de la perception de son de la parole.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons étudié l'organisation spatiale du traitement phonologique dans le cortex humain. Nous avons effectué deux études pour étudier le rôle de l'interaction sensorimotrice dans le décodage phonologique à la fois pendant la perception de la parole et la lecture. Les résultats de la première étude démontrent que le système moteur est impliqué dans la catégorisation perceptive des sons de la parole non-natifs, tantdis que ceux de la deuxième étude montrent que la réparation perceptive des séquences de lettres illégale dans la langue maternelle des auditeurs est dépendante de la disponibilité du système moteur chez les participants.L'ensemble de cette thèse fournit de nouvelles perspectives sur les aspects temporels et spatiaux de mécanismes neuronaux qui sous-tendent le traitement phonologique. / In order to understand spoken language, listeners need to transform sensory signals into abstract meanings. In this thesis, we focused on perceptual processes that deal with the sound system of spoken language – phonological processing, and examined its neurobiological underpinnings. In the first part of the thesis, we investigated the temporal organization of phonological processing in the human brain. Using electroencephalographic (EEG) recordings, we studied the time course for perceptual processing of language-specific phonological rules. Findings of this study demonstrate that listeners’ knowledge of complex phonological rules of their native language is assessed at an early stage of speech sound perception. In the second part of the thesis, we investigated the spatial organization of phonological processing in the human cortex. In particular, we conducted two studies to investigate the role of sensorimotor interaction in phonological decoding during both speech perception and reading. Results from the first study showed that the motor system is involved in the perceptual categorization of non-native speech sounds, while those from the second study demonstrated that perceptual repair of phonotactically illegal letter sequences in reader’s native language is dependent to the availability of the their motor system. Together, findings from this thesis provide new insights into temporal and spatial aspects of neural mechanisms that underlie phonological processing.

Notre système sensorimoteur a développé une relation particulière entre nos actions et le retour sonore qui en découle. Les systèmes de captation gestuelle et les technologies audio permettent de manipuler ce retour sonore par la sonification interactive du mouvement. Nous explorons dans divers cadres expérimentaux la contribution de la sonification à l'apprentissage moteur dans les systèmes interactifs. Tout d'abord, nous montrons que le système auditif intègre des indices acoustiques issus du mouvement pour le contrôle moteur. Des représentations de l'espace émergent de ces indices et sont transformées en commandes motrices. Le cas d'un objet virtuel sonore nous apprend que ces représentations audiomotrices influencent les stratégies d'exploration et permettent des cas de substitution sensorielle par le son. Ensuite, nous mesurons qu'un retour sonore continu permet d'améliorer significativement la performance à une tâche de poursuite. La sonification de l'erreur et des paramètres de la tâche aident à la performance mais montrent des effets différents sur l'apprentissage. Nous observons également que la sonification du mouvement de l'utilisateur augmente l'énergie contenue dans le geste et prévient la dépendance au retour sonore. Enfin, nous présentons le concept de tâche sonore dans lequel la cible est présentée et s'exprime sous forme de paramètres sonores à reproduire. Les résultats montrent qu'une adaptation motrice peut être provoquée par des indices acoustiques seuls. Ce travail permet de dégager des principes importants du design de l'interaction geste-son, et présente des applications originales comme des scénarios interactifs pour la rééducation. / Our sensorimotor system has developed a specific relationship between our actions and their sonic outcomes, which it interprets as auditory feedback. The development of motion sensing and audio technologies allows emphasizing this relationship through interactive sonification of movement. We propose several experimental frameworks (visual, non-visual, tangible, virtual) to assess the contribution of sonification to sensorimotor control and learning in interactive systems. First, we show that the auditory system integrates dynamic auditory cues for online motor control, either from head or hand movements. Auditory representations of space and of the scene can be built from audio features and transformed into motor commands. The framework of a virtual sonic object illustrates that auditory-motor representations can shape exploratory movement features and allow for sensory substitution. Second, we measure that continuous auditory feedback in a tracking task helps significantly the performance. Both error and task sonification can help performance but have different effects on learning. We also observe that sonification of user’s movement can increase the energy of produced motion and prevent feedback dependency. Finally, we present the concept of sound-oriented task, where the target is expressed as acoustic features to match. We show that motor adaptation can be driven by interactive audio cues only. In this work, we highlight important guidelines for sonification design in auditory-motor coupling research, as well as applications through original setups we developed, like perceptual and physical training, and playful gesture-sound interactive scenarios for rehabilitation.

Certaines observations suggèrent que les afférences méchano-sensorielles peuvent moduler l’activité des générateurs centraux du rythme locomoteur (ou Central Pattern Generators, CPGs). Cependant, il est impossible d’explorer les circuits neuronaux sous-jacents chez l’animal en mouvement à l’aide d’enregistrements électrophysiologiques lors d’expériences de locomotion dite « fictive ». Dans cette étude, nous avons enregistré de façon sélective et non-invasive les neurones moteurs et sensoriels dans la moelle épinière pendant la locomotion active en ciblant génétiquement le senseur bioluminescent GFP-Aequorin chez la larve de poisson zèbre. En utilisant l’imagerie calcique à l’échelle des neurones individuels, nous confirmons que les signaux de bioluminescence reflètent bien le recrutement différentiel des groupes de motoneurones spinaux durant la locomotion active. La diminution importante de ces signaux chez des animaux paralysés ou des mutants immobiles démontre que le retour méchano-sensoriel augmente le recrutement des motoneurones spinaux pendant la locomotion active. En accord avec cette observation, nous montrons que les neurones méchano-sensoriels spinaux sont en effet recrutés chez les animaux en mouvement, et que leur inhibition affecte les réflexes d’échappement chez des larves nageant librement. L’ensemble de ces résultats met en lumière la contribution du retour méchano-sensoriel sur la production locomotrice et les différences qui en résultent entre les locomotions active et fictive. / There is converging evidence that mechanosensory feedback modulates the activity of spinal central pattern generators underlying vertebrate locomotion. However, probing the underlying circuits in behaving animals is not possible in “fictive” locomotion electrophysiological recordings. Here, we achieve selective and non-invasive monitoring of spinal motor and sensory neurons during active locomotion by genetically targeting the bioluminescent sensor GFP-Aequorin in larval zebrafish. Using GCaMP imaging of individual neurons, we confirm that bioluminescence signals reflect the differential recruitment of motor pools during motion. Their significant reduction in paralyzed animals and immotile mutants demonstrates that mechanosensory feedback enhances the recruitment of spinal motor neurons during active locomotion. Accordingly, we show that spinal mechanosensory neurons are recruited in moving animals and that their silencing impairs escapes in freely behaving larvae. Altogether, these results shed light on the contribution of mechanosensory feedback to motor output and the resulting differences between active and fictive locomotion.

The primary purpose of this study was to determine the responsiveness of the active wrist joint position sense (JPS) test to detect wrist sensori-motor status change at 8 and 12 weeks following distal radius fracture (DRF) treatment intervention. Responsiveness, defined as the instrument's ability to accurately detect change, was analyzed via distribution- and anchor-based statistical methods. Distribution-based analysis encompassed both group- (i.e., effect size [ES], standardized response mean [SRM]) and individual-based (i.e., minimum detectable change [MDC]) statistical indices. Anchor-based analysis was used to determine the minimal clinically important deficit (MCID) value by linking active wrist JPS test scores to Patient Global Impression of Change (PGIC) scale values. The secondary purposes of the study were to: 1) compare the active wrist JPS test responsiveness as reflected by its MCID value between non-surgical and surgical DRF treatment interventions, 2) compare the active wrist JPS test responsiveness as reflected by its MCID value between participants with high- and low-pain levels, 3) compare the active wrist JPS test scores between participants with high- and low-pain levels, 4) assess the relationship between active wrist JPS test MCID value and function, and 5) determine the intra-tester reliability of the PGIC scale for assessing global health status change following DRF treatment intervention. A prospective cohort study design was utilized. Thirty-three participants between 25 and 90 (mean 59.72) years of age following any non-surgical and surgical DRF treatment intervention were recruited. The active wrist JPS test was determined to be highly responsive based on group-based statistical indices (ES [8 weeks = 1.53, and 12 weeks = 2.36] and SRM [8 weeks = 1.57, and 12 weeks = 2.14]). Statistically significant MDC values were 4.28 and 4.94 deg at 8 and 12 weeks following treatment initiation, respectively. Clinically meaningful MCID values at 8 and 12 weeks were 5.00 and 7.09 deg, respectively. Responsiveness levels were not significantly different between the two treatment and pain-level groups at 8 and 12 weeks post DRF treatment intervention. High-pain participants demonstrated significantly greater JPS deficits at both 8 and 12 weeks, and a significant association existed between active wrist JPS test MCID value and function. The PGIC scale intra-tester reliability was found to be high (ICC = 0.97). Based on this study's findings, clinicians can use this highly responsive test with confidence to measure statistically and clinically meaningful conscious wrist sensori-motor function change following DRF treatment. / Kinesiology

Les figures de neuroanatomie de ce mémoire peuvent être téléchargées en haute résolution. / Une voie neuronale sous-tendant la locomotion induite par la détection d’odorants a été découverte chez la lamproie (Derjean et al., 2010). Le signal olfactif est relayé du bulbe olfactif médian au tubercule postérieur, puis à la région locomotrice mésencéphalique et enfin aux cellules réticulospinales qui activent les réseaux locomoteurs spinaux. Des études récentes démontrent que le bulbe olfactif médian est sous l’influence d’une inhibition GABAergique tonique qui régule les réponses des cellules réticulospinales à la stimulation du nerf olfactif (Daghfous et al., 2013). Des mécanismes de modulation supplémentaires pourraient exister dans le bulbe olfactif de Petromyzon marinus puisqu’il contient aussi des fibres dopaminergiques. Chez tous les vertébrés étudiés, la dopamine joue un rôle important dans le traitement olfactif. Des techniques anatomiques (traçage et immunofluorescence) et physiologiques (enregistrements intracellulaires) ont été utilisées pour étudier la modulation dopaminergique de la voie olfacto-motrice. L’immunofluorescence ciblant la dopamine a révélé des fibres plus nombreuses dans la partie médiane du BO et à proximité de neurones de projection et de fibres olfactives. De plus, aucun corps cellulaire immunopositif n’a été détecté dans le bulbe olfactif. L’enregistrement des réponses synaptiques des cellules réticulospinales à la stimulation du nerf olfactif a été réalisé dans le cerveau isolé in vitro. L’injection locale de dopamine dans le bulbe olfactif médian diminue de moitié l’amplitude de réponse. Sous l’effet d’un antagoniste des récepteurs GABAA dans le bain ou localement dans le bulbe olfactif médian, les dépolarisations soutenues enregistrées sont supprimées par l’injection de dopamine. Cependant, l’injection individuelle ou combinée dans le bulbe olfactif médian d’antagonistes sélectifs des récepteurs D1 ou D2, soit le SCH 23390 et l’éticlopride, demeure sans effet significatif sur les réponses olfacto-motrices, indiquant l’absence d’activité dopaminergique tonique. Pour localiser les neurones responsables de cette modulation, des injections de traceur axonal ont été combinées avec l’immunofluorescence ciblant la dopamine. Des cellules dopaminergiques projetant au BO médian ont été observées dans les noyaux dopaminergiques du tubercule postérieur et de l’hypothalamus périventriculaire. Dans l’ensemble, nos résultats montrent anatomiquement et physiologiquement la présence d’une innervation dopaminergique dans le bulbe olfactif médian qui a une action inhibitrice sur le traitement olfacto-moteur. / A neural substrate underlying odor-evoked locomotion was revealed in lampreys (Derjean et al., 2010), involving a neural pathway extending from the medial part of the olfactory bulb to the posterior tuberculum. The signal is then relayed to the mesencephalic locomotor region and eventually reaches reticulospinal cells that activate the spinal locomotor networks. Recent research in the lab (Daghfous et al., 2013) shows that the medial olfactory bulb, is under a tonic GABAergic inhibition gating reticulospinal cell responses to olfactory nerve stimulation. Additional modulatory mechanisms might exist in the olfactory bulb of Petromyzon marinus as it also contains dopaminergic fibers. In every vertebrate studied to date, dopamine plays an important role in olfactory processing. Anatomical (axonal tracers and immunofluorescence) and physiological (intracellular recordings) techniques were used to investigate the dopaminergic modulation of the olfacto-motor pathway. Dopamine immunofluorescence showed scarce innervation of the olfactory bulb that was most abundant in the medial part and in close vicinity to projection neurons and olfactory nerve fibers. Additionally, no dopamine-immunoreactive cell bodies were detected in the olfactory bulb. Synaptic responses of reticulospinal cells to olfactory nerve stimulation were recorded in the isolated brain. Local injection of dopamine in the medial olfactory bulb induces an almost two-fold decrease of the synaptic responses. When GABAA receptor antagonist GABAzine was also injected in the medial olfactory bulb, the effect of dopamine was much more evident and could suppress large bursts of action potentials. However, D1 (SCH 23390) and D2 (Eticlopride) receptor antagonists injection in the medial olfactory bulb failed to alter the amplitude of reticulospinal cell responses to olfactory nerve stimulation, indicating that this modulation is not tonic. To locate the neurons responsible for this modulation, tracer injections combined with dopamine immunofluorescence were performed. Dopaminergic cells projecting to the medial olfactory bulb were found in the dopaminergic nuclei of the posterior tuberculum and the periventricular hypothalamus. Altogether, our results show anatomically and physiologically the presence of a dopaminergic innervation within the medial olfactory bulb that mediates inhibitory effects on olfacto-motor signaling.