Au cours de la métamorphose, les amphibiens subissent une réorganisation complète de leur anatomie et de leur physiologie. Chez Xenopus laevis le système locomoteur est un des plus affecté au cours de cette phase développementale, l’animal passant d’une nage ondulatoire à une nage appendiculaire. Cette transformation du mode locomoteur implique une réorganisation du réseau locomoteur central. Dans une première étude, nous avons mis en évidence que les muscles axiaux s’activent de manière bilatéralement alternée chez le têtard alors que les muscles équivalents chez l’adulte s’activent de manière synchrone au cours de la nage. Nous avons montré que ce nouveau patron d’activation musculaire, accompagné d’une synchronisation avec les muscles appendiculaires extenseurs, reposent principalement sur la mise en place de nouvelles projections propriospinales lombo-thoraciques. Ces résultats suggèrent l’existence d’un contrôle postural proactif au cours de la locomotion, reposant directement sur le CPG des membres postérieurs. Dans une deuxième étude, nous nous sommes intéressés à l’influence d’un déséquilibre des afférences vestibulaires sur le développement du réseau locomoteur spinal au cours de la métamorphose. Pour cela nous avons réalisé une suppression unilatérale des organes vestibulaires avant ou après la métamorphose. Dans les deux cas, cette lésion aigue génère d’importants troubles locomoteurs et posturaux. Nous avons montré que la lésion chronique au cours de la métamorphose entraîne une modification ipsi-lésionnelle du développement du réseau locomoteur lombo-thoracique, de manière concomitante à une compensation comportementale. De façon intéressante, cette plasticité développementale ainsi que la compensation des troubles locomoteurs sont absentes chez les animaux lésés au stade adulte. Ces résultats suggèrent que les informations sensorielles sont un facteur déterminant pour le développement du réseau locomoteur spinal. Enfin, dans une troisième étude, nous avons analysé le développement du réseau locomoteur supra-spinal et en particulier les propriétés de déclenchement et de contrôle de la région locomotrice mésencéphalique (MLR). Nous avons mis en évidence l’existence fonctionnelle des deux noyaux de cette structure, le noyau pédonculopontin (PPN) et le noyau latérodorsal du tegmentum (LDT) tout au long de la métamorphose du xénope, ainsi qu’une fréquence d’activation optimale de 10-20 Hz pour le PPN. / Throughout the course of metamorphosis, amphibians undergo a complete anatomical and physiological reorganization. In Xenopus laevis, the locomotor system is one of the most affected during this developmental phase where the animal passes from undulatory swimming to limb-based propulsion. This transformation implies a parallel reorganization of the central locomotor network. In an initial study we showed that axial muscles which are activated in bilateral alternation in tadpoles mature to dorsal muscles that are synchronously active during adult locomotion. We found that this new pattern, accompanied by coordination of dorsal and hindlimb muscle activities, is principally sustained by the development of new propriospinal lumbo-thoracic projections, suggesting proactive postural control coming from the hindlimb CPG during ongoing locomotion. In a second study, we examined the influence of disequilibrium in vestibular inputs on the metamorphic development of the spinal locomotor network. To induce this sensory asymmetry we performed unilateral removal of vestibular end organs either before or after metamorphosis. Acutely, in both cases, the lesion induced dramatic postural and locomotor changes. Chronically, the lesion altered the metamorphic development of the lumbo-thoracic network on the lesioned side, concomitantly with compensation for locomotor defects. Interestingly, animals lesioned after metamorphosis neither compensated nor expressed this developmental spinal plasticity. Altogether, these results suggest that descending sensory inputs are crucial cues for the development of the spinal locomotor network. Finally, we studied the metamorphic development of the supra-spinal network, focusing our attention on the locomotor triggering and control properties of the mesencephalic locomotor region (MLR). We showed that both subparts of this structure, the laterodorsal tegmentum (LDT) and the pedunculopontine (PPN) nuclei, are present and functional during the entire period of metamorphosis and that the PPN has an optimal activation frequency of 10-20 Hz.

La tâche de kinématogramme de points aléatoires est utilisée avec le paradigme de choix forcé entre deux alternatives pour étudier les prises de décisions perceptuelles. Les modèles décisionnels supposent que les indices de mouvement pour les deux alternatives sont encodés dans le cerveau. Ainsi, la différence entre ces deux signaux est accumulée jusqu’à un seuil décisionnel. Cependant, aucune étude à ce jour n’a testé cette hypothèse avec des stimuli contenant des mouvements opposés. Ce mémoire présente les résultats de deux expériences utilisant deux nouveaux stimuli avec des indices de mouvement concurrentiels. Parmi une variété de combinaisons d’indices concurrentiels, la performance des sujets dépend de la différence nette entre les deux signaux opposés. De plus, les sujets obtiennent une performance similaire avec les deux types de stimuli. Ces résultats supportent un modèle décisionnel basé sur l’accumulation des indices de mouvement net et suggèrent que le processus décisionnel peut intégrer les signaux de mouvement à partir d’une grande gamme de directions pour obtenir un percept global de mouvement. / Random dot kinematograms are used in visual psychophysics with the two-alternative forced-choice paradigm to study the process of simple perceptual decisions. Mathematical models of this process assume that stochastic motion evidence for the two alternative choices is encoded in the brain, and that the difference in evidence is accumulated towards a decision bound. However, no study to date has tested this assumption using stimuli with different levels of mutually opposing evidence in both directions. This thesis presents the results of two experiments using two novel stimuli with opposing coherent motion evidence. Over a variety of competing evidence combinations, subject performance was based on the net difference in the opposing signals. Furthermore, task performance was similar with both types of stimuli. These results support a decision model based on the accumulation of net evidence, and suggest that the decision process is capable of integrating motion evidence from a wide range of directions to obtain a global percept of motion.

La paralysie cérébrale (PC) regroupe un ensemble varié de troubles moteurs, sensoriels et cognitifs, liés à des lésions de la substance blanche (i.e. leucomalacie périventriculaire, PVL) survenant, le plus souvent, après un épisode hypoxo-ischémique autour de la naissance. Afin de reproduire la PVL chez l'animal, nous utilisons une ischémie prénatale (PI) qui induit des lésions des substances blanche et grise. Les rats ischémiés développent des déficits cognitifs visuo-spatiaux et une hyperactivité, également observés chez les patients atteints de PC, liés à des lésions du cortex entorhinal, préfrontal et cingulaire. La PI n'induit que des troubles locomoteurs modérés associés à des signes de spasticité, et une atteinte anatomique et fonctionnelle du cortex somesthésique primaire (S1), tandis que le cortex moteur (M1) reste intact. Ainsi, la PI reproduit les symptômes observés chez les enfants et adultes nés prématurément. La présence de mouvements spontanés anormaux au cours de la 1ère année conduisant à la PC suggère une implication de l'expérience sensorimotrice anormale dans le développement de cette pathologie. La combinaison d'une restriction sensorimotrice (SMR) durant le développement et de la PI induit des troubles cognitifs atténués mais une hyperactivité importante. Les rats combinant PI et SMR présentent des déficits posturo-moteurs drastiques et une spasticité, associés à une dégradation des tissus musculo-squelettiques, comparables à ceux observés chez les patients. Ces troubles moteurs, associés à une désorganisation importante des cartes corticales dans S1 et M1, suggèrent un dysfonctionnement important des boucles d'intégration sensorimotrice. / Cerebral palsy (CP) corresponds to various motor, sensory and cognitive disorders related to white matter damage (i.e. periventricular leucomalacia, PVL) often occurring after perinatal hypoxic-ischemic events. To reproduce PVL in rodents, we used a prenatal ischemia (PI) that induces white and gray matter damage. The ischemic rats exhibit visual-spatial cognitive deficits and hyperactivity, as observed in patients with CP, related to lesions of entorhinal, prefrontal and cingular cortices. Only mild locomotor disorders are induced by PI, associated to signs of spasticity, along with anatomical and functional degradation in the primary somatosensory cortex (S1), while the primary motor cortex (M1) remains unchanged. Thus, PI recapitulates the main symptoms found in children born preterm. Abnormal spontaneous movements (i.e. general movements) observed in infants who develop CP later on suggest that abnormal sensorimotor experience during maturation is key in the development of this catastrophic disease. The combination of a sensorimotor restriction (SMR) and PI in animal induces fewer cognitive deficits but still hyperactivity. Such a combination leads to severe postural and motor disorders, and spasticity, associated with musculoskeletal pathologies, as observed in patients with CP. In addition to motor disorders, drastic topographical disorganization of cortical maps in S1 and M1 suggest a major dysfunction of sensorimotor loops.

Le feedback auditif se définit comme un signal auditif qui contient de l'information sur un mouvement. Il a été montré que le feedback auditif peut guider le mouvement en temps réel, mais son influence sur l'apprentissage moteur est moins clair. Cette thèse a pour but d'examiner l'influence du feedback auditif sur l'apprentissage moteur, en se focalisant sur le contrôle temporel des mouvements. Premièrement, nous étudions l'apprentissage moteur chez les non-musiciens sains et montrons qu'ils bénéficient de l'information temporelle contenue dans le feedback auditif et qu'ils sont sensibles aux distorsions de cette information temporelle. Deuxièmement, nous appliquons ces connaissances à la réhabilitation de patients cérébro-lésés. Nous trouvons que ces patients améliorent leurs capacités de mouvement mais ne dépendent pas de la correspondance temporelle entre le mouvement et le son. Paradoxalement, ces patients ont même bénéficié des distorsions temporelles dans le feedback. Troisièmement, nous étudions les experts musicaux, car ils ont établi des liens particulièrement forts entre leur mouvement et le son. Nous développons de nouveaux outils d'analyse qui nous permettent de séparer les déviations temporelles en variation systématique et non-systématique. Le résultat principal est que ces experts sont devenus largement indépendants du feedback auditif. La proposition centrale de cette thèse est que le feedback auditif joue un rôle dans l'apprentissage moteur de la régularité, mais la façon dont le cerveau l'utilise dépend de la population étudiée. Ces résultats donnent une nouvelle perspective sur l'intégration audio-motrice et contribuent au développement de nouvelles approches pour l'apprentissage de la musique et la réhabilitation / Auditory feedback is an auditory signal that contains information about performed movement. Music performance is an excellent candidate to study its influence on motor actions, since the auditory result is the explicit goal of the movement. Indeed, auditory feedback can guide online motor actions, but its influence on motor learning has been investigated less. This thesis investigates the influence of auditory feedback in motor learning, focusing particularly on how we learn temporal control over movements. First, we investigate motor learning in non-musicians, finding that they benefit from temporal information supplied by the auditory signal and are sensitive to distortions of this temporal information. Second, we turn to stroke patients that are re-learning motor actions in a rehabilitation setting. Patients improved their movement capacities but did not depend on the time-locking between movements and the resulting auditory feedback. Surprisingly, they appear to benefit from distortions in feedback. Third, we investigate musical experts, who arguably have established strong links between movement and auditory feedback. We develop a novel analysis framework that allows us to segment timing into systematic and non-systematic variability. Our finding is that these experts have become largely independent of the auditory feedback. The main claim defended in this thesis is that auditory feedback can and does play a role in motor learning of regularity, but the way in which it is used varies qualitatively between different populations. These findings provide new insights into auditory-motor integration and are relevant for developing new perspectives on the role of music in training and rehabilitation settings

L’objectif général de ce travail doctoral était de comparer les effets de la fatigue musculaire des quadriceps femoris après un exercice musculaire volontaire (VOL) et un exercice musculaire électroinduit (ES) sur le contrôle postural bipodal, ainsi que sur la fatigue centrale. Les résultats montrent qu’à l’issue d’une tâche fatigante unilatérale ou bilatérale, l’exercice ES dégrade davantage la force usculaire que l’exercice VOL. Cependant, le contrôle postural bipodal est indifféremment perturbépar les deux exercices. En outre, les vitesses de récupération des capacités posturales et de force musculaire ne diffèrent pas à l’issue des exercices. Par ailleurs, l'exercice VOL altère davantage la commande centrale que l'exercice ES (immédiatement à l’issue de l’effort), tandis que celui-ci retarde l’apparition de la fatigue centrale et la maintient plus longuement. Etant donné que l'exercice VOL estinduit par la commande centrale et que l'exercice ES est généré par une stimulation artificielle externe, on peut émettre l’hypothèse que l'exercice VOL produit essentiellement une fatigue supraspinale, tandis que l'exercice ES engendre surtout une fatigue spinale. / The overall objective of this thesis was to compare the effect of fatigue of the quadriceps femoris after fatiguing voluntary contractions (VOL) and fatiguing neuromuscular electrical stimulation (ES) on bipedal postural control, and central fatigue. The results show that after unilateral or bilateral muscle fatigue, the ES exercise affected the muscle strength more than the VOL exercise. However, bipedal postural control was similarly deteriorated for both exercises. Moreover, the recovery speeds of postural control and muscle strength abilities did not differ for the both exercises. In addition, the VOL exercise alters central drive quicker than the ES exercise immediately after their completion while the ES exercise delays and prolongs the central fatigue. As the VOL exercise is induced by central command and the ES exercise is generated by artificial external stimulation, one can hypothesize that the VOL exercise especially produces supraspinal fatigue, while the ES exercise especially engenders spinal fatigue.

Cette thèse a été initiée dans un contexte d’amélioration de l'expérience utilisateur (UX) pour l'analyse des données de Business Intelligence en raison de l'augmentation du volume de données liées à cette activité. D'une part, les besoins psychologiques des utilisateurs portent sur la simplification de l’utilisation des applications analytiques, ils font l’objet de plus en plus d’attention ; d'autre part, les tâches qu'ils sont prêts à mener deviennent de plus en plus complexes ce qui peut entraîner une surcharge de mémoire qui influe sur les performances dans leur réalisation. Pour garantir la prise en compte de ces deux aspects, les designers doivent concevoir des interfaces et fournir des informations appropriées qui répondent à la fois aux besoins des utilisateurs et aux nécessités de leur activité. Dans cette recherche, nous nous sommes intéressés à l'amélioration de la reprise de la tâche suite à une suspension ou à une interruption de celle-ci dans le cadre de l’analyse visuelle de données. La nature multitâche des actions des utilisateurs et les capacités limitées de stockage de la mémoire de travail humaine entraînent des difficultés à s’engager de nouveau dans une tâche qui a été interrompue ou suspendue. Il devient donc avantageux de disposer d'un outil de suppléance de la mémoire qui aide les utilisateurs à se remettre à leur tâche dans des conditions optimales.Une revue de la littérature nous a conduit tout d'abord au positionnement de notre recherche vis à vis de l'approche énactive et de la perception sensorimotrice qui considèrent l'outil comme un artefact configurant l'interaction entre l'utilisateur et la tâche, selon deux états, saisi ou déposé. De ce point de vue, nous avons constaté que le modèle de mémoire cognitiviste utilisé couramment ne considère pas le rôle de l’interaction avec le monde extérieur dans la construction de la mémoire, et par conséquent ignore la dimension saisie des supports et outils dans la construction d’une mémoire. Par conséquent, nous proposons de compléter ce modèle avec un modèle de mémoire incarnée, qui ouvre une nouvelle perspective permettant de concevoir un outil de suppléance mémorielle approprié. Enfin, les principes de conception d’IHM et d’UX nous aident à construire une proposition d’outil et à mener un plan d'expérience mettant en avant le lien entre les modifications des conditions de perception et les modifications de la dynamique d’interaction. En conclusion de cette partie, la problématique générale est introduite avec l’exploration, la mise en œuvre et l’évaluation de la proposition. La première expérience, le test pilote, analyse la perception que peuvent avoir des concepteurs naviguant sur des applications interactives. Cette étude nous a aidé à construire un vocabulaire d'évaluation en conception d’un support de suppléance de la mémoire et nous a guidé pour concevoir un processus expérimental en tenant compte de ces critères. Dans une seconde expérience, nous développons un outil basé sur une fonction que nous appelons le "history path". Cet outil permet d’afficher à l’utilisateur, dans une fenêtre spécifique de l’interface, certaines étapes de résolution d’une tâche antérieure effectuée par ce même utilisateur (ou pour simuler une interruption de tâche). Nous avons mis en place une expérience simple (minimaliste) simulant une résolution de problème qui a été enregistrée pour évaluer dans quelle mesure le history path peut aider l'utilisateur à récupérer efficacement une tâche interrompue. La première partie de cette expérience nous permet de confirmer l’utilité potentielle de cette fonction et nous aide à explorer l’espace de conception. Dans la deuxième partie, nous expérimentons deux outils différents basés sur deux représentations de l’history path, une représentation statique et l’autre dynamique. Les résultats de l'évaluation nous amènent à comprendre les conditions techniques d'une expérience positive pour laquelle la reprise de tâche est facilitée. / This thesis was initiated in the context of enhancing the user experience for analyzing data due to the increase of the volume of data related to this activity. On the one hand, users’ psychological needs for the simple use of analytic applications are paid more attention than before; on the other hand, the task they are willing to conduct is getting more and more complicated, which may cause memory overload that influences the task performance. To ensure that both aspects are taken into account, the designers should provide a proper information and design a proper interface that meets both users’ needs and the requirements of their activity. In this research, we are interested in improving the task recommitment following a task suspension or interruption in the context of a visual data analysis task. The multitasking nature of user actions and limited storage capacity of human working memory cause difficulties in re-engaging an interrupted or suspended task. Therefore, it is beneficial to have a memory supplementation tool that supports users to recommit their task in optimal conditions. A literature review first leads to the positioning of our research on the enactive approach and sensorimotor perception that consider the tool as an artifact configuring the interaction between the user and the task, in two modes the “put down” mode and the “in hand” mode. From this point of view, we have found that the commonly used cognitive memory model ignores the role of interaction with the external world in the formation of the memory, and consequently ignores the “in hand” dimension of the artifacts in one memory construction. Therefore, we complete this model with the embodied memory, which gives us a new perspective to design an appropriate memory tool that serves as a supplementation of our perceptual system. Finally, the design principles in human-computer interaction and UX helped us build a tool and conduct an experimental plan highlighting the link between changes in perception conditions and changes in the dynamics of interaction. As a conclusion, the research problem is introduced in terms of how we can provide users with a relevant context to recommit to resolving a task after interruption. The design proposal needs to be explored, designed and evaluated. The first experiment, the exploratory study, analyzes the perception of interactive applications by experienced designers. This study helped us construct a vocabulary of evaluation of the design for a memory supplementation support and guided us for the design considering these criteria. In the second experiment, we develop a tool based on a function that we call the “history path”, which permits to show, in a specific window of the user interface, some of the steps of a previous task resolution that a user has performed during previous experience (or to simulate a resolution task interruption). We set up a simple (minimalist) experiment simulating a problem-solving task, which was recorded to evaluate the extent to which a history path support can help the user for efficient recovering of an interrupted task. The first part of this experiment allows us to confirm the potential use of this function and helps us explore the design space. In the second part, we experiment two different tools, based on two history path representations, a static one and a dynamic one. The evaluation results allow us to understand the technical conditions of a positive experience for which task recovery is facilitated. In this second experiment, several means for recording the user experience were mobilized: the evaluation of the durations and gaze frequencies on area of interest in the interface window by eye tracking, the recording of the verbalizations during the RTA (Retrospective Think Aloud) session, and the semantic evaluation.

L’adaptation motrice renvoie à la capacité de notre système nerveux à produire continuellement des mouvements précis et ce malgré le fait que notre environnement ainsi que notre corps puissent être soumis à des modifications. Le transfert d’adaptation entre les membres découle de notre habilité à généraliser ce que l’on a appris, par exemple, avec un bras au bras opposé. Le transfert entre les membres est un objet d’étude complexe. Les conditions amenant au transfert sont largement débattues dans la littérature car les résultats d’une étude à l’autre peuvent être contradictoires. Ce travail de thèse s’inscrit dans une tentative d’apporter une explication concernant l’hétérogénéité des performances et les divergences observées dans les différentes études portant sur le transfert entre les membres. Les deux premières expériences avaient pour but d’identifier si des conditions paradigmatiques ou idiosyncratiques pouvaient influencer les performances du transfert au bras opposé. L’objectif de la troisième expérience était d’étudier l’influence des processus sous-jacents à l’adaptation sur le transfert entre les membres d’après le modèle de Smith et collaborateurs (2006). Nos résultats nous ont permis d’éclaircir certains aspects du transfert concernant les facteurs prédictifs et les processus mis en jeu. Nos deux premières études suggèrent que les différences individuelles sont une source d’information pertinente pour expliquer certains comportements tels que le transfert entre les membres. Notre troisième étude nous a permis de caractériser les processus qui, durant l’adaptation, prédisposent au transfert. / Motor adaptation refers to the capacity of our nervous system to produce accurate movements while the properties of our body and our environment continuously change. Interlimb transfer is a process that directly stems from motor adaptation. It occurs when knowledge gained through training with one arm change the performance of the opposite arm movements. Interlimb transfer of adaptation is an intricate process. Numerous studies have investigated the patterns of transfer and conflicted results have been found. The attempt of my PhD project was to identify which factors and processes favor interlimb transfer of adaptation and thence may explain the discrepancies found in the literature. The first two experiments aimed at investigated whether paradigmatic or idiosyncratic features would influence the performance in interlimb transfer. The third experiment provided some insights on the processes allowing interlimb transfer by using the dual-rate model of adaptation put forth by Smith et al. (2006). Our results show that inter-individual differences may be a key factor to consider when studying interlimb transfer of adaptation. Also, the study of the different sub-processes of adaptation seems helpful to understand how interlimb transfer works and how it can be related to other behaviors such as the expression of motor memory.

Les habiletés rythmiques varient considérablement d’un individu à l’autre. Cependant, notre compréhension du lien entre ces variations au niveau comportemental et les marqueurs électrophysiologiques qui les sous-tendent est incertaine. L’objectif du travail actuel était d’examiner la signature cérébrale (EEG) des différences individuelles des habiletés rythmiques impliquant la prédiction temporelle (i.e., perceptuelles, sensorimotrices). Les participants (n=43) ont effectué deux tâches provenant de la Battery for the Assessment of Auditory Sensorimotor and Rhythmic abilities (BAASTA, Dalla Bella et al., 2017). De plus, l’activité cérébrale de ces participants a été enregistrée lors d’une tâche de prédiction temporelle. Cette tâche utilisant le paradigme du stimulus discordant (i.e., oddball paradigm) consistait en la présentation de sons purs standards (i.e., non pertinents) et discordants (i.e., pertinents) sur des séquences isochrones ou non-isochrones (i.e., régulières ou non). Les résultats ont montré des différences individuelles dans les habiletés rhythmiques se reflétant au niveau des composantes ERP. Chez tous les participants, des meilleures habiletés sensorimotrices ont été associées à de plus petites amplitudes de la P50 lors de la présentation de sons standards, suggérant une inhibition accrue des stimuli non pertinents. Aussi, l’amplitude de la composante N100 pourrait servir de marqueur de la capacité de traitement de la discordance des stimuli. Effectivement, les individus ayant de bonnes habiletés de traitement du rythme, présente des amplitudes moins négatives de la N100 pour les sons discordants présentés régulièrement, suggérant une discrimination accrue des sons discordants. Ainsi, ces résultats ajoutent à notre compréhension des processus sous-jacents aux différences individuelles dans les habiletés rhythmiques. / It is known that rhythmic abilities vary widely in the general population. However, our understanding of the link between these variations at the behavioral level and their underlying brain electrophysiological patterns is uncertain. The aim of the present work was to investigate the electrophysiological correlates of individual differences in rhythmic abilities (i.e., perceptual, sensorimotor). Participants (n=43) performed two tasks of rhythmic abilities (beat alignment test and paced tapping) from the Battery for the Assessment of Auditory Sensorimotor and Rhythmic abilities (BAASTA, Dalla Bella et al., 2017). Moreover, the brain activity (EEG) of these participants was recorded while they performed a temporal predictability task. This task consisted in an oddball paradigm where standard (i.e., irrelevant tones) and deviant (i.e., relevant tones) sinusoidal tones were presented in isochronous (i.e., regular) and temporally random (i.e., irregular) sequences. Results indicated that individual differences in rhythmic abilities are reflected in electrophysiological markers of temporal predictability. Across all participants, improved sensorimotor abilities were associated with smaller amplitudes of the P50 auditory evoked potential to standard tones, suggesting increased inhibition of irrelevant stimuli. Moreover, the amplitude of the N100 component serve as a potential marker of the ability to process stimuli deviance. Indeed, individuals with good rhythm abilities have less negative amplitudes of N100 for deviant tones presented in the isochronous sequence, suggesting enhanced discrimination of deviant tones. Altogether, these findings add to our understanding of the processes underlying individual differences in rhythmic abilities.

La prise de décision motrice implique que le sujet analyse les différentes stratégies possibles, en se basant sur l’observation de son environnement notamment, qui le conduisent à une décision motrice finale la plus appropriée. Pour explorer ce processus, nous avons réalisé un projet de recherche qui a pour but de déterminer comment varie l’activité des cellules de trois différentes aires motrices du cortex cérébral, en fonction de plusieurs indices visuels observés lors du mécanisme de prise de décision complexe. Dans ce contexte, les indices sensoriels utilisés peuvent soit présenter des indices ambigus ou contradictoires en faveur de différents choix d’actions. Ce procédé nécessite à ce que le cerveau détermine à quel degré un indice sensoriel est plus en faveur d’un choix que d’un autre, et quel est le meilleur choix d’action à réaliser en se basant sur les indices sensoriels reçus durant une période de temps donnée. Dans ce projet de thèse nous avons enregistré l’activité des cellules des aires corticales motrices primaires (M1), du pré-moteur dorsal (PMd), et aussi du préfrontal dorso-latéral (DLPF), chez un singe, dans plusieurs tâches décisionnelles dont certaines ont été notamment utilisées au préalable au sein de notre laboratoire par Coallier et al. (2014,2015). Dans cette thèse, nous présenterons les observations obtenues dans le PMd. Dans les essais de nos différentes tâches, nous avons utilisé des stimuli visuels correspondants à des damiers multicolores composés d’un nombre variable de carrés bleus et jaunes. Ces damiers fournissaient différents niveaux « d’évidences » en faveur des cibles bleues ou jaunes, à atteindre en réalisant un mouvement du bras. Dans ce projet, nos hypothèses sont les suivantes: 1) l’activité des cellules du PMd est plus impliquée dans la sélection de l’action que dans les processus perceptuels de la tâche, 2) les cellules du PMd pourraient jouer un rôle dans les procédés métacognitifs tels que la confiance en des choix d’actions. En conclusion, nos expériences ont permis de mettre en évidence des mécanismes neuronaux à travers lesquels le cortex prémoteur dorsal (PMd) contribue à la planification et à l’exécution des mouvements volontaires du bras. Plus précisément, nos données montrent que le PMd est plus impliqué dans les aspects moteurs, que perceptuels de la prise de décision sensorimotrice. De plus, le PMd exprime une activité qui pourrait refléter des processus neuronaux par lesquels les singes font un suivi et évaluent leur propre performance dans les tâches, afin de prédire la probabilité de bonne réponse et de réussite de leurs décisions, et pour attribuer un niveau de confiance en leurs décisions. / Motor decision-making implies that the subject analyses different possible strategies, based on the observation of his environment in particular, which leads him to select the most appropriate final motor decision. To explore this process, we conducted a research project to determine how neural activity in the dorsal premotor cortex (PMd) varies according to several visual cues observed during a complex decision-making process. In this context, the sensory instructional cues used may either present ambiguous or even contradictory evidence in favor of different motor choices. This process requires the brain to determine to what degree sensory input is more in favor of one choice than another, and what is the best choice of action to take based on the sensory cues received over a given period of time. To do so, we recorded the activity of single neurons in the dorsal pre-motor cortex (PMd of a monkey, in several decision-making tasks, some of which were previously used in our laboratory by Coallier et al.(2014, 2015). We tested neural activity in our different tasks, by using visual stimuli that resembled multicolored checkerboards, composed of a variable number of blue and yellow squares. These checkerboards provided different levels of "evidence" in favor of blue or yellow targets, to be reached by moving the arm. In this project, our hypothesis are as follows: 1) PMd cell activity is more involved in action selection than in the perceptual processes of the task, 2) PMd cells could play a role in metacognitive processes such as confidence in action choices. In conclusion, our experiments provided new insights into the neural mechanisms by which the dorsal premotor cortex (PMd) contributes to the planning and execution of voluntary arm movements. In particular, our data show that PMd is more implicated in the motor aspects of sensorimotor decisions and expresses little or no activity related to the perceptual aspects of the decision-making process. Furthermore, PMd neurons express activity that might reflect neuronal processes by which the monkeys monitor and evaluate their performance in the tasks, in order to predict the probability of correct responses and success of their decisions, and to attribute a level of metacognitive confidence in their motor decisions.

Chez diverses espèces animales, les informations sensorielles peuvent déclencher la locomotion. Ceci nécessite l’intégration des informations sensorielles par le système nerveux central. Chez la lamproie, les réseaux locomoteurs spinaux sont activés et contrôlés par les cellules réticulospinales (RS), système descendant le plus important. Ces cellules reçoivent des informations variées provenant notamment de la périphérie. Une fois activées par une brève stimulation cutanée d’intensité suffisante, les cellules RS produisent des dépolarisations soutenues de durées variées impliquant des propriétés intrinsèques calcium-dépendantes et associées à l’induction de la nage de fuite. Au cours de ce doctorat, nous avons voulu savoir si les afférences synaptiques ont une influence sur la durée des dépolarisations soutenues et si l’ensemble des cellules RS partagent des propriétés d’intégration similaires, impliquant possiblement les réserves de calcium internes. Dans un premier temps, nous montrons pour la première fois qu’en plus de dépendre des propriétés intrinsèques des cellules réticulospinales, les dépolarisations soutenues dépendent des afférences excitatrices glutamatergiques, incluant les afférences spinales, pour perdurer pendant de longues périodes de temps. Les afférences cutanées ne participent pas au maintien des dépolarisations soutenues et les afférences inhibitrices glycinergique et GABAergiques ne sont pas suffisantes pour les arrêter. Dans un deuxième temps, nous montrons que suite à une stimulation cutanée, l’ensemble des cellules RS localisées dans les quatre noyaux réticulés possèdent un patron d’activation similaire et elles peuvent toutes produire des dépolarisations soutenues dont le maintien ne dépend pas des réserves de calcium internes. Enfin, les résultats obtenus durant ce doctorat ont permis de mieux comprendre les mécanismes cellulaires par lesquels l’ensemble des cellules RS intègrent une brève information sensorielle et la transforment en une réponse soutenue associée à une commande motrice. / In various animal species, sensory information can initiate locomotion. This relies on the integration of sensory inputs by the central nervous system. In lampreys, the spinal locomotor networks are activated and controlled by the reticulospinal cells (RS) which constitute the main descending system. In turn, RS cells receive information coming from various synaptic inputs such as the sensory afferents. Once activated by a brief cutaneous stimulation of sufficient strength, RS cells display sustained depolarizations of various durations that rely on calcium-dependant intrinsic properties and lead to the onset of escape swimming. During the course of this Ph.D, we aimed at determining whether synaptic inputs can modulate the duration of the sustained depolarizations and if the different populations of RS cells share the same integrative properties, possibly involving the internal calcium stores. First, our results show for the first time that excitatory glutamatergic inputs, including ascending spinal feedback, contribute to prolong the sustained depolarizations for long periods of time. Cutaneous inputs do not contribute to maintain the sustained depolarizations and inhibitory glycinergic and GABAergic inputs are not sufficient to stop them. Second, we show that in response to cutaneous stimulation, the RS located in the four reticular nuclei display a similar activation pattern and can all produce sustained depolarizations which do not depend on internal calcium release to be maintained. Finally, the results obtained during this Ph.D allowed us to better understand the cellular mechanisms by which the RS cells integrate and transform a brief sensory information into a sustained response associated with a motor command.