VALIDATION OF A MODEL OF SENSORIMOTOR INTEGRATION WITH CLINICAL BENEFITS

Abstract

Healthy sensorimotor integration – or how our touch influences our movements – is critical to efficiently interact with our environment. Yet, many aspects of this process are still poorly understood. Importantly, several movement disorders are often considered as originating from purely motor impairments, while a sensory origin could also lead to a similar set of symptoms. To alleviate these issues, we hereby propose a novel biologically-based model of the sensorimotor loop, known as the SMILE model. After describing both the functional, and the corresponding neuroanatomical versions of the SMILE, we tested several aspects of its motor component through functional magnetic resonance imaging (fMRI) and transcranial magnetic stimulation (TMS). Both experimental studies resulted in coherent outcomes with respect to the SMILE predictions, but they also provided novel scientific outcomes about such broad topics as the sub-phases of motor imagery, the neural processing of bodily representations, or the extend of the role of the extrastriate body area. In the final sections of this manuscript, we describe some potential clinical application of the SMILE. The first one presents the identification of plausible neuroanatomical origins for focal hand dystonia, a yet poorly understood sensorimotor disorder. The last chapter then covers possible improvements on brain-machine interfaces, driven by a better understanding of the sensorimotor system. -- La façon dont votre sens du toucher et vos mouvements interagissent est connue sous le nom d’intégration sensorimotrice. Ce procédé est essentiel pour une interaction normale avec tout ce qui nous entoure. Cependant, plusieurs aspects de ce processus sont encore méconnus. Plus important encore, l’origine de certaines déficiences motrices encore trop peu comprises sont parfois considérées comme purement motrice, alors qu’une origine sensorielle pourrait mener à un même ensemble de symptômes. Afin d’améliorer cette situation, nous proposons ici un nouveau modèle d’intégration sensorimotrice, dénommé « SMILE », basé sur les connaissances de neurobiologie actuelles. Dans ce manuscrit, nous commençons par décrire les caractéristiques fonctionnelles et neuroanatomiques du SMILE. Plusieurs expériences sont ensuite effectuées, via l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), et la stimulation magnétique transcranienne (SMT), afin de tester différents aspects de la composante motrice du SMILE. Si les résultats de ces expériences corroborent les prédictions du SMILE, elles ont aussi mis en évidences d’autres résultats scientifiques intéressants et novateurs, dans des domaines aussi divers que les sous-phases de l’imagination motrice, les processus cérébraux liés aux représentations corporelles, ou encore l’extension du rôle de l’extrastriate body area. Dans les dernières parties de ce manuscrit, nous dévoilons quelques applications cliniques potentielles de notre modèle. Nous utilisons le SMILE afin de proposer deux origines cérébrales plausibles de la dystonie focale de la main. Le dernier chapitre présente comment certaines technologies existantes, telles que les interfaces cerveaux-machines, pourraient bénéficier d’une meilleure compréhension du système sensorimoteur