Anticipation d'une perturbation d'origine périphérique ou centrale du mouvement volontaire chez l'homme

Abstract

L'accomplissement d'un mouvement volontaire suppose la mise en jeu de processus de préparation qui prédéterminent l'efficacité du contrôle moteur. Cette préparation du mouvement volontaire a donné lieu à de nombreux travaux chez l'homme et l'animal à la fois sur le plan comportemental et neurophysiologique mais presque toujours dans un environnement dynamique du mouvement stable. Or, dans la vie courante, un mouvement intentionnel peut être perturbé par des forces externes qui ont des propriétés spatio-temporelles incertaines. Implicitement, on pense qu un mouvement intentionnel perturbé peut être assimilé à un mouvement non perturbé auquel s ajoutent les mécanismes réflexes qui compensent les effets des perturbations. Or, nous montrons dans ce travail que la préparation motrice peut être dépendante à la fois de l intention prise en compte par le système nerveux central (SNC) en vue de réaliser l'acte moteur (la tâche) et des perturbations externes. Les résultats obtenus au cours de cette thèse soutiennent l'idée que le réglage du système corticospinal (CS) au cours de la préparation dépend du contexte dynamique de la production du mouvement. Notre première expérience a montré que les réflexes d'étirement à courte latence (20COMP). Dans une deuxième expérience, pour étudier les mécanismes Top-down , nous avons appliqué la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) au niveau de l'aire motrice primaire (M1) à une intensité suffisante pour évoquer un mouvement, pour tester la voie CS avant les retours sensoriels. Des modulations différentes de l'excitabilité CS (MEP) et de l'inhibition corticale (SP) ont été trouvées pendant cette phase de préparation. Ensuite, les signaux EEG ont été analysés afin de mettre en évidence la dynamique cérébrale pendant la phase de préparation (période : pré-TMS) où il a été observé une modulation des potentiels lents de préparation (CNV) par l'intention ainsi que la composante N100, en réponse à la stimulation. Les résultats ont montré une forte corrélation CNV-N100 quelle que soit l'intention préalable du sujet. La seconde phase de cette thèse a été consacrée à la partie technique. Mon expérience en ingénierie biomédicale m'a permis de contribuer à mettre en place une plate-forme technique nouvelle en France, à savoir, la mise en oeuvre et l'installation des différents systèmes d'acquisition de données (EEG, EMG, mouvement, ), les instruments de perturbation (TMS, manipulandum) ainsi qu'un système de neuronavigation couplé à des images IRM anatomiques du cerveau permettant de localiser une zone corticale précise, telle que la cible de stimulation.If achieving a voluntary movement requires the involvement of different processes, the preparation that determines the efficiency of motor control, is meanwhile, an intriguing case for the scientists. In this respect, many studies about voluntary movement preparation have sprung, concerning humans or animals on the behavioral and neurophysiological level, where almost always the dynamic of the movement is stable. But in life, an intentional movement can also be perturbed by external forces that have uncertain spatio-temporal properties. Implicitly, we think that an intentional movement perturbation may be an unperturbed movement involving the reflex mechanisms to offset the perturbation effects. However, what is shown throughout this work is that the movement preparation may depend on both the intention taken into account by the central nervous system (CNS); in order to perform a motor act; as well as the external perturbations. The results of this thesis support the idea that the setting of the corticospinal (CS) system during the preparation depends considerably on the dynamics of production of the movement. Our experience has shown that the short latency stretch reflex (20 <SLSR <45 ms) are NOT modulated by the intention. However, long latency stretch reflexes (45 <LLSR <90 ms) show a sharp increase in EMG activity when subjects were preparing to resist the mechanical perturbation. To study the "Top-down" mechanisms, we applied transcranial magnetic stimulation (TMS) in the primary motor area (M1) to test the CS tract. Modulations of CS excitability (MEP) and cortical inhibition (SP) were found during the preparation. Second, EEG signals were analyzed to highlight the dynamic brain during the preparation (time: pre-TMS) where modulation of the contingent negative variation (CNV) with the intention and the N100 component in response to stimulation was observed. The results showed a strong correlation between CNV and N100 component whatever the prior intention of the subject was. The second phase of this thesis was devoted to the technical part. My experiment in biomedical engineering has allowed me to contribute to install a new technical platform in France and implement various data acquisition systems (EEG, EMG, movement...), the instruments of perturbation (TMS, manipulandum) and a neuronavigation system combined with MRI anatomical images of the brain made to locate a precise cortical area as the target of stimulation.AIX-MARSEILLE2-BU Sci.Luminy (130552106) / SudocSudocFranceF