Contributions of pitch and bandwidth to sound-induced enhancement of visual cortex excitability in humans.

Multisensory interactions have been documented within low-level, even primary, cortices and at early post-stimulus latencies. These effects are in turn linked to behavioral and perceptual modulations. In humans, visual cortex excitability, as measured by transcranial magnetic stimulation (TMS) induced phosphenes, can be reliably enhanced by the co-presentation of sounds. This enhancement occurs at pre-perceptual stages and is selective for different types of complex sounds. However, the source(s) of auditory inputs effectuating these excitability changes in primary visual cortex remain disputed. The present study sought to determine if direct connections between low-level auditory cortices and primary visual cortex are mediating these kinds of effects by varying the pitch and bandwidth of the sounds co-presented with single-pulse TMS over the occipital pole. Our results from 10 healthy young adults indicate that both the central frequency and bandwidth of a sound independently affect the excitability of visual cortex during processing stages as early as 30 msec post-sound onset. Such findings are consistent with direct connections mediating early-latency, low-level multisensory interactions within visual cortices.

Parkinson's disease.

In advanced Parkinson's disease (PD), the emergence of symptoms refractory to conventional therapy poses therapeutic challenges. The success of deep brain stimulation (DBS) and advances in the understanding of the pathophysiology of PD have raised interest in noninvasive brain stimulation as an alternative therapeutic tool. The rationale for its use draws from the concept that reversing abnormalities in brain activity and physiology thought to cause the clinical deficits may restore normal functioning. Currently the best evidence in support of this concept comes from DBS, which improves motor deficits, and modulates brain activity and motor cortex physiology, although whether a causal interaction exists remains largely undetermined. Most trials of noninvasive brain stimulation in PD have applied repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS), targeting the motor cortex. Current studies suggest a possible therapeutic potential for rTMS and transcranial direct current stimulation (tDCS), but clinical effects so far have been small and negligible with regard to functional independence and quality of life. Approaches to potentiate the efficacy of rTMS include increasing stimulation intensity and novel stimulation parameters that derive their rationale from studies on brain physiology. These novel parameters are intended to simulate normal firing patterns or to act on the hypothesized role of oscillatory activity in the motor cortex and basal ganglia with regard to motor control and its contribution to the pathogenesis of motor disorders. Noninvasive brain stimulation studies will enhance our understanding of PD pathophysiology and might provide further evidence for potential therapeutic applications.

Chronic low-frequency rTMS of primary motor cortex diminishes exercise training-induced gains in maximal voluntary force in humans.

Although there is consensus that the central nervous system mediates the increases in maximal voluntary force (maximal voluntary contraction, MVC) produced by resistance exercise, the involvement of the primary motor cortex (M1) in these processes remains controversial. We hypothesized that 1-Hz repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) of M1 during resistance training would diminish strength gains. Forty subjects were divided equally into five groups. Subjects voluntarily (Vol) abducted the first dorsal interosseus (FDI) (5 bouts x 10 repetitions, 10 sessions, 4 wk) at 70-80% MVC. Another group also exercised but in the 1-min-long interbout rest intervals they received rTMS [Vol+rTMS, 1 Hz, FDI motor area, 300 pulses/session, 120% of the resting motor threshold (rMT)]. The third group also exercised and received sham rTMS (Vol+Sham). The fourth group received only rTMS (rTMS_only). The 37.5% and 33.3% gains in MVC in Vol and Vol+Sham groups, respectively, were greater (P = 0.001) than the 18.9% gain in Vol+rTMS, 1.9% in rTMS_only, and 2.6% in unexercised control subjects who received no stimulation. Acutely, within sessions 5 and 10, single-pulse TMS revealed that motor-evoked potential size and recruitment curve slopes were reduced in Vol+rTMS and rTMS_only groups and accumulated to chronic reductions by session 10. There were no changes in rMT, maximum compound action potential amplitude (M(max)), and peripherally evoked twitch forces in the trained FDI and the untrained abductor digiti minimi. Although contributions from spinal sources cannot be excluded, the data suggest that M1 may play a role in mediating neural adaptations to strength training.

Auditory spatio-temporal brain dynamics and their consequences for multisensory interactions in humans.

Recent multisensory research has emphasized the occurrence of early, low-level interactions in humans. As such, it is proving increasingly necessary to also consider the kinds of information likely extracted from the unisensory signals that are available at the time and location of these interaction effects. This review addresses current evidence regarding how the spatio-temporal brain dynamics of auditory information processing likely curtails the information content of multisensory interactions observable in humans at a given latency and within a given brain region. First, we consider the time course of signal propagation as a limitation on when auditory information (of any kind) can impact the responsiveness of a given brain region. Next, we overview the dual pathway model for the treatment of auditory spatial and object information ranging from rudimentary to complex environmental stimuli. These dual pathways are considered an intrinsic feature of auditory information processing, which are not only partially distinct in their associated brain networks, but also (and perhaps more importantly) manifest only after several tens of milliseconds of cortical signal processing. This architecture of auditory functioning would thus pose a constraint on when and in which brain regions specific spatial and object information are available for multisensory interactions. We then separately consider evidence regarding mechanisms and dynamics of spatial and object processing with a particular emphasis on when discriminations along either dimension are likely performed by specific brain regions. We conclude by discussing open issues and directions for future research.

Organization and plasticity of auditory spatial representations

Spatial hearing refers to a set of abilities enabling us to determine the location of sound sources, redirect our attention toward relevant acoustic events, and recognize separate sound sources in noisy environments. Determining the location of sound sources plays a key role in the way in which humans perceive and interact with their environment. Deficits in sound localization abilities are observed after lesions to the neural tissues supporting these functions and can result in serious handicaps in everyday life. These deficits can, however, be remediated (at least to a certain degree) by the surprising capacity of reorganization that the human brain possesses following damage and/or learning, namely, the brain plasticity. In this thesis, our aim was to investigate the functional organization of auditory spatial functions and the learning-induced plasticity of these functions. Overall, we describe the results of three studies. The first study entitled "The role of the right parietal cortex in sound localization: A chronometric single pulse transcranial magnetic stimulation study" (At et al., 2011), study A, investigated the role of the right parietal cortex in spatial functions and its chronometry (i.e. the critical time window of its contribution to sound localizations). We concentrated on the behavioral changes produced by the temporarily inactivation of the parietal cortex with transcranial magnetic stimulation (TMS). We found that the integrity of the right parietal cortex is crucial for localizing sounds in the space and determined a critical time window of its involvement, suggesting a right parietal dominance for auditory spatial discrimination in both hemispaces. In "Distributed coding of the auditory space in man: evidence from training-induced plasticity" (At et al., 2013a), study B, we investigated the neurophysiological correlates and changes of the different sub-parties of the right auditory hemispace induced by a multi-day auditory spatial training in healthy subjects with electroencephalography (EEG). We report a distributed coding for sound locations over numerous auditory regions, particular auditory areas code specifically for precise parts of the auditory space, and this specificity for a distinct region is enhanced with training. In the third study "Training-induced changes in auditory spatial mismatch negativity" (At et al., 2013b), study C, we investigated the pre-attentive neurophysiological changes induced with a training over 4 days in healthy subjects with a passive mismatch negativity (MMN) paradigm. We showed that training changed the mechanisms for the relative representation of sound positions and not the specific lateralization themselves and that it changed the coding in right parahippocampal regions. - L'audition spatiale désigne notre capacité à localiser des sources sonores dans l'espace, de diriger notre attention vers les événements acoustiques pertinents et de reconnaître des sources sonores appartenant à des objets distincts dans un environnement bruyant. La localisation des sources sonores joue un rôle important dans la façon dont les humains perçoivent et interagissent avec leur environnement. Des déficits dans la localisation de sons sont souvent observés quand les réseaux neuronaux impliqués dans cette fonction sont endommagés. Ces déficits peuvent handicaper sévèrement les patients dans leur vie de tous les jours. Cependant, ces déficits peuvent (au moins à un certain degré) être réhabilités grâce à la plasticité cérébrale, la capacité du cerveau humain à se réorganiser après des lésions ou un apprentissage. L'objectif de cette thèse était d'étudier l'organisation fonctionnelle de l'audition spatiale et la plasticité induite par l'apprentissage de ces fonctions. Dans la première étude intitulé « The role of the right parietal cortex in sound localization : A chronometric single pulse study » (At et al., 2011), étude A, nous avons examiné le rôle du cortex pariétal droit dans l'audition spatiale et sa chronométrie, c'est-à- dire le moment critique de son intervention dans la localisation de sons. Nous nous sommes concentrés sur les changements comportementaux induits par l'inactivation temporaire du cortex pariétal droit par le biais de la Stimulation Transcrânienne Magnétique (TMS). Nous avons démontré que l'intégrité du cortex pariétal droit est cruciale pour localiser des sons dans l'espace. Nous avons aussi défini le moment critique de l'intervention de cette structure. Dans « Distributed coding of the auditory space : evidence from training-induced plasticity » (At et al., 2013a), étude B, nous avons examiné la plasticité cérébrale induite par un entraînement des capacités de discrimination auditive spatiale de plusieurs jours. Nous avons montré que le codage des positions spatiales est distribué dans de nombreuses régions auditives, que des aires auditives spécifiques codent pour des parties données de l'espace et que cette spécificité pour des régions distinctes est augmentée par l'entraînement. Dans « Training-induced changes in auditory spatial mismatch negativity » (At et al., 2013b), étude C, nous avons examiné les changements neurophysiologiques pré- attentionnels induits par un entraînement de quatre jours. Nous avons montré que l'entraînement modifie la représentation des positions spatiales entraînées et non-entrainées, et que le codage de ces positions est modifié dans des régions parahippocampales.

Prognostic value of cortically induced motor evoked activity by TMS in chronic stroke: caveats from a very revealing single clinical case

Background: We report the case of a chronic stroke patient (62 months after injury) showing total absence of motor activity evoked by transcranial magnetic stimulation (TMS) of spared regions of the left motor cortex, but near-to-complete recovery of motor abilities in the affected hand. Case presentation: Multimodal investigations included detailed TMS based motor mapping, motor evoked potentials (MEP), and Cortical Silent period (CSP) as well as functional magnetic resonance imaging (fMRI) of motor activity, MRI based lesion analysis and Diffusion Tensor Imaging (DTI) Tractography of corticospinal tract (CST). Anatomical analysis revealed a left hemisphere subinsular lesion interrupting the descending left CST at the level of the internal capsule. The absence of MEPs after intense TMS pulses to the ipsilesional M1, and the reversible suppression of ongoing electromyographic (EMG) activity (indexed by CSP) demonstrate a weak modulation of subcortical systems by the ipsilesional left frontal cortex, but an inability to induce efficient descending volleys from those cortical locations to right hand and forearm muscles. Functional MRI recordings under grasping and finger tapping patterns involving the affected hand showed slight signs of subcortical recruitment, as compared to the unaffected hand and hemisphere, as well as the expected cortical activations. Conclusions: The potential sources of motor voluntary activity for the affected hand in absence of MEPs are discussed. We conclude that multimodal analysis may contribute to a more accurate prognosis of stroke patients.

Plasticity in the sensorimotor cortex induced by Music-supported therapy in stroke patients: a TMS study.

Playing a musical instrument demands the engagement of different neural systems. Recent studies about the musician"s brain and musical training highlight that this activity requires the close interaction between motor and somatosensory systems. Moreover, neuroplastic changes have been reported in motor-related areas after short and long-term musical training. Because of its capacity to promote neuroplastic changes, music has been used in the context of stroke neurorehabilitation. The majority of patients suffering from a stroke have motor impairments, preventing them to live independently. Thus, there is an increasing demand for effective restorative interventions for neurological deficits. Music-supported Therapy (MST) has been recently developed to restore motor deficits. We report data of a selected sample of stroke patients who have been enrolled in a MST program (1 month intense music learning). Prior to and after the therapy, patients were evaluated with different behavioral motor tests. Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) was applied to evaluate changes in the sensorimotor representations underlying the motor gains observed. Several parameters of excitability of the motor cortex were assessed as well as the cortical somatotopic representation of a muscle in the affected hand. Our results revealed that participants obtained significant motor improvements in the paretic hand and those changes were accompanied by changes in the excitability of the motor cortex. Thus, MST leads to neuroplastic changes in the motor cortex of stroke patients which may explain its efficacy.

Plasticity in the sensorimotor cortex induced by Music-supported therapy in stroke patients: a TMS study.

Playing a musical instrument demands the engagement of different neural systems. Recent studies about the musician"s brain and musical training highlight that this activity requires the close interaction between motor and somatosensory systems. Moreover, neuroplastic changes have been reported in motor-related areas after short and long-term musical training. Because of its capacity to promote neuroplastic changes, music has been used in the context of stroke neurorehabilitation. The majority of patients suffering from a stroke have motor impairments, preventing them to live independently. Thus, there is an increasing demand for effective restorative interventions for neurological deficits. Music-supported Therapy (MST) has been recently developed to restore motor deficits. We report data of a selected sample of stroke patients who have been enrolled in a MST program (1 month intense music learning). Prior to and after the therapy, patients were evaluated with different behavioral motor tests. Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) was applied to evaluate changes in the sensorimotor representations underlying the motor gains observed. Several parameters of excitability of the motor cortex were assessed as well as the cortical somatotopic representation of a muscle in the affected hand. Our results revealed that participants obtained significant motor improvements in the paretic hand and those changes were accompanied by changes in the excitability of the motor cortex. Thus, MST leads to neuroplastic changes in the motor cortex of stroke patients which may explain its efficacy.

Plasticity in the sensorimotor cortex induced by Music-supported therapy in stroke patients: a TMS study.

Playing a musical instrument demands the engagement of different neural systems. Recent studies about the musician"s brain and musical training highlight that this activity requires the close interaction between motor and somatosensory systems. Moreover, neuroplastic changes have been reported in motor-related areas after short and long-term musical training. Because of its capacity to promote neuroplastic changes, music has been used in the context of stroke neurorehabilitation. The majority of patients suffering from a stroke have motor impairments, preventing them to live independently. Thus, there is an increasing demand for effective restorative interventions for neurological deficits. Music-supported Therapy (MST) has been recently developed to restore motor deficits. We report data of a selected sample of stroke patients who have been enrolled in a MST program (1 month intense music learning). Prior to and after the therapy, patients were evaluated with different behavioral motor tests. Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) was applied to evaluate changes in the sensorimotor representations underlying the motor gains observed. Several parameters of excitability of the motor cortex were assessed as well as the cortical somatotopic representation of a muscle in the affected hand. Our results revealed that participants obtained significant motor improvements in the paretic hand and those changes were accompanied by changes in the excitability of the motor cortex. Thus, MST leads to neuroplastic changes in the motor cortex of stroke patients which may explain its efficacy.

The right dorsolateral prefrontal cortex prevents post-error slowing

Adjusting behavior following the detection of inappropriate actions allows flexible adaptation to task demands and environmental contingencies during goal-directed behaviors. Post-error behavioral adjustments typically consist in adopting more cautious response mode, which manifests as a slowing down of response speed. Although converging evidence involves the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) in post-error behavioral adjustment, whether and when the left or right DLPFC is critical for post-error slowing (PES), as well as the underlying brain mechanisms, remain highly debated. To resolve these issues, we used single-pulse transcranial magnetic stimulation in healthy human adults to disrupt the left or right DLPFC selectively at various delays within the 30-180ms interval following false alarms commission, while participants preformed a standard visual Go/NoGo task. PES significantly increased after TMS disruption of the right, but not the left DLPFC at 150ms post-FA response. We discuss these results in terms of an involvement of the right DLPFC in reducing the detrimental effects of error detection on subsequent behavioral performance, as opposed to implementing adaptative error-induced slowing down of response speed.

Timing of visual stimuli in V1 and V5/MT: fMRI and TMS

Time perception is used in our day-to-day activities. While we understand quite well how our brain processes vision, touch or taste, brain mechanisms subserving time perception remain largely understudied. In this study, we extended an experiment of previous master thesis run by Tatiana Kenel-Pierre. We focused on time perception in the range of milliseconds. Previous studies have demonstrated the involvement of visual areas V1 and V5/MT in the encoding of temporal information of visual stimuli. Based on these previous findings the aim of the present study was to understand if temporal information was encoded in V1 and extrastriate area V5/MT in different spatial frames i.e., head- centered versus eye-centered. To this purpose we asked eleven healthy volunteers to perform a temporal discrimination task of visual stimuli. Stimuli were presented at 4 different spatial positions (i.e., different combinations of retinotopic and spatiotopic position). While participants were engaged in this task we interfered with the activity of the right dorsal V1 and the right V5/MT with transcranial magnetic stimulation (TMS). Our preliminary results showed that TMS over both V1 and V5/MT impaired temporal discrimination of visual stimuli presented at specific spatial coordinates. But whereas TMS over V1 impaired temporal discrimination of stimuli presented in the lower left quadrant, TMS over V5/MT affected temporal discrimination of stimuli presented at the top left quadrant. Although it is always difficult to draw conclusions from preliminary results, we could tentatively say that our data seem to suggest that both V1 and V5/MT encode visual temporal information in specific spatial frames.

Bioètica de la TMS en nens i adolescents

L'estimulació magnètica transcranial -TMS- és una tècnica per a l'estimulació no invasiva del cervell, usada sovint com a eina de recerca per estudiar la fisiologia del cervell, però també amb utilitats clíniques i com a eina terapèutica. La bioètica és l'estudi de les qüestions ètiques sorgides de les noves situacions i possibilitats dels avanços en biologia i medicina i es fonamenta en quatre principis: autonomia, beneficència, no maleficència i justícia. En aquest treball s'apliquen aquests principis a la tècnica concreta de la TMS per al cas de nens i adolescents.

Long-term effects of sports concussion

Questions : Cette thèse visait à répondre à deux questions fondamentales : 1) Est-ce que les athlètes qui présentent un historique de commotions cérébrales du sport en conservent des effets délétères à long terme? ; et 2) Est-ce que les effets néfastes des commotions cérébrales récurrentes sur le fonctionnement tant cognitif que moteur sont cumulatifs? Devis expérimental : À l’aide d’un plan d’investigation double-cohorte réalisé avec un groupe d’athlètes évoluant au niveau universitaire et un autre formé d’anciens athlètes universitaires testés plus de trois décennies plus tard, les quatre études qui composent cette thèse ont employé des méthodes raffinées d’investigation des fonctions cognitives et motrices pour en déceler des atteintes persistantes. Méthodologie : Les potentiels évoqués cognitifs ainsi que les tests neuropsychologiques ont permis de sonder le fonctionnement cognitif de ces athlètes alors que la stimulation magnétique transcrânienne, une plateforme de force permettant de mesurer la stabilité posturale ainsi qu’un système d’enregistrement tridimensionnel des mouvements rapides alternatifs ont servi à l’évaluation de l’intégrité du système moteur. Résultats : Cette thèse a permis de déceler des altérations persistentes et cumulatives des fonctions cognitives et motrices. De plus, ces subtiles atteintes observées chez les jeunes athlètes, affectant essentiellement des marqueurs neurophysiologiques sous-cliniques du fonctionnement cognitif et moteur, s’étaient accentuées chez les anciens athlètes universitaires qui montraient un déclin quantifiable tant des fonctions cognitives que motrices. Discussion : Ces résultats suggèrent d’une part que les commotions cérébrales du sport entraînent des altérations cognitives et motrices chroniques qui s’accentuent en fonction du nombre de commotions cérébrales subies. D’autre part, les effets délétères des commotions cérébrales du sport sur le fonctionnement cognitif et moteur combinés à ceux associés au processus de vieillissement entraînent un déclin cognitif et moteur quantifiable en comparaison aux anciens athlètes n’ayant jamais subi de commotions cérébrales.

Développement et fonctionnement des mécanismes de résonance motrice chez l'humain

La découverte dans le cerveau du singe macaque de cellules visuo-motrices qui répondent de façon identique à la production et la perception d’actes moteurs soutient l’idée que ces cellules, connues sous le nom de neurones-miroirs, encoderaient la représentation d’actes moteurs. Ces neurones, et le système qu’ils forment, constitueraient un système de compréhension moteur; par delà la simple représentation motrice, il est également possible que ce système participe à des processus de haut niveau en lien avec la cognition sociale. Chez l’humain adulte, des études d’imagerie récentes montrent d’importants chevauchements entre les patrons d’activité liés à l’exécution d’actes moteurs et ceux associés à la perception d’actions. Cependant, malgré le nombre important d’études sur ce système de résonance motrice, étonnamment peu se sont penchées sur les aspects développementaux de ce mécanisme, de même que sa relation avec certaines habiletés sociales dans la population neurotypique. De plus, malgré l’utilisation répandue de certaines techniques neurophysiologiques pour quantifier l’activité de ce système, notamment l’électroencéphalographie et la stimulation magnétique transcrânienne, on ignore en grande partie la spécificité et la convergence de ces mesures dans l’étude des processus de résonance motrice. Les études rassemblées ici visent à combler ces lacunes, c'est-à-dire (1) définir l’existence et les propriétés fonctionnelles du système de résonance motrice chez l’enfant humain, (2) établir le lien entre ce système et certaines habiletés sociales spécifiques et (3) déterminer la validité des outils d’investigation couramment utilisés pour mesurer son activité. Dans l’article 1, l’électroencéphalographie quantitative est utilisée afin de mesurer l’activité des régions sensorimotrices chez un groupe d’enfants d’âge scolaire durant la perception d’actions de la main. On y démontre une modulation de l’activité du rythme mu aux sites centraux non seulement lors de l’exécution de tâches motrices, mais également lors de l’observation passive d’actions. Ces résultats soutiennent l’hypothèse de l’existence d’un système de résonance motrice sensible aux représentations visuelles d’actes moteurs dans le cerveau immature. L’article 2 constitue une étude de cas réalisée chez une jeune fille de 12 ans opérée pour épilepsie réfractaire aux médicaments. L’électroencéphalographie intracrânienne est utilisée afin d’évaluer le recrutement du cortex moteur lors de la perception de sons d’actions. On y montre une modulation de l’activité du cortex moteur, visible dans deux périodes distinctes, qui se reflètent par une diminution de la puissance spectrale des fréquences beta et alpha. Ces résultats soutiennent l’hypothèse de l’existence d’un système de résonance motrice sensible aux représentations auditives d’actions chez l’enfant. L’article 3 constitue une recension des écrits portant sur les données comportementales et neurophysiologiques qui suggèrent la présence d’un système de compréhension d’action fonctionnel dès la naissance. On y propose un modèle théorique où les comportements d’imitation néonataux sont vus comme la résultante de mécanismes d’appariement moteurs non inhibés. Afin de mesurer adéquatement la présence de traits empathiques et autistique dans le but de les mettre en relation avec l’activité du système de résonance motrice, l’article 4 consiste en une validation de versions françaises des échelles Empathy Quotient (Baron-Cohen & Wheelwright, 2004) et Autism Spectrum Quotient (Baron-Cohen et al., 2001) qui seront utilisées dans l’article 5. Les versions traduites de ces échelles ont été administrées à 100 individus sains et 23 personnes avec un trouble du spectre autistique. Les résultats répliquent fidèlement ceux obtenus avec les questionnaires en version anglaise, ce qui suggère la validité des versions françaises. Dans l’article 5, on utilise la stimulation magnétique transcrânienne afin d’investiguer le décours temporel de l’activité du cortex moteur durant la perception d’action et le lien de cette activité avec la présence de traits autistiques et empathiques chez des individus normaux. On y montre que le cortex moteur est rapidement activé suivant la perception d’un mouvement moteur, et que cette activité est corrélée avec les mesures sociocognitives utilisées. Ces résultats suggèrent l’existence d’un système d’appariement moteur rapide dans le cerveau humain dont l’activité est associée aux aptitudes sociales. L’article 6 porte sur la spécificité des outils d’investigation neurophysiologique utilisés dans les études précédentes : la stimulation magnétique transcrânienne et l’électroencéphalographie quantitative. En utilisant ces deux techniques simultanément lors d’observation, d’imagination et d’exécution d’actions, on montre qu’elles évaluent possiblement des processus distincts au sein du système de résonance motrice. En résumé, cette thèse vise à documenter l’existence d’un système de résonance motrice chez l’enfant, d’établir le lien entre son fonctionnement et certaines aptitudes sociales et d’évaluer la validité et la spécificité des outils utilisés pour mesurer l’activité au sein de ce système. Bien que des recherches subséquentes s’avèrent nécessaires afin de compléter le travail entamé ici, les études présentées constituent une avancée significative dans la compréhension du développement et du fonctionnement du système de résonance motrice, et pourraient éventuellement contribuer à l’élaboration d’outils diagnostiques et/ou de thérapeutiques chez des populations où des anomalies de ce système ont été répertoriées.

Effets de la vibration des muscles sur les mécanismes neuronaux et la fonction du membre supérieur et inférieur des personnes ayant une hémiparésie chronique

Cette thèse vise à répondre à trois questions fondamentales: 1) La diminution de l’excitabilité corticospinale et le manque d’inhibition intracorticale observés suite à la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) du cortex moteur de la main atteinte de sujets hémiparétiques sont-ils aussi présents suite à la SMT du cortex moteur de la jambe atteinte? 2) Est-ce que les altérations dans l’excitabilité corticomotrice sont corrélées aux déficits et incapacités motrices des personnes ayant subi un accident vasculaire cérébral depuis plus de 6 mois? 3) La vibration musculaire, étant la source d’une forte afférence sensorielle, peut-elle moduler l’excitabilité corticomotrice et améliorer la performance motrice de ces personnes? Premièrement, afin d’appuyer notre choix d’intervention et d’évaluer le potentiel de la vibration mécanique locale pour favoriser la réadaptation des personnes ayant une atteinte neurologique, nous avons réalisé une révision en profondeur de ses applications et intérêts cliniques à partir d’informations trouvées dans la littérature scientifique (article 1). La quantité importante d’information sur les effets physiologiques de la vibration contraste avec la pauvreté des études qui ont évalué son effet thérapeutique. Nous avons trouvé que, malgré le manque d’études, les résultats sur son utilisation sont encourageants et positifs et aucun effet adverse n’a été rapporté. Dans les trois autres articles qui composent cette thèse, l’excitabilité des circuits corticospinaux et intracorticaux a été étudiée chez 27 sujets hémiparétiques et 20 sujets sains sans atteintes neurologiques. Les fonctions sensorimotrices ont aussi été évaluées par des tests cliniques valides et fidèles. Tel qu’observé à la main chez les sujets hémiparétiques, nous avons trouvé, par rapport aux sujets sains, une diminution de l’excitabilité corticospinale ainsi qu’un manque d’inhibition intracorticale suite à la SMT du cortex moteur de la jambe atteinte (article 2). Les sujets hémiparétiques ont également montré un manque de focus de la commande motrice lors de l’activation volontaire des fléchisseurs plantaires. Ceci était caractérisé par une augmentation de l’excitabilité nerveuse des muscles agonistes, mais aussi généralisée aux synergistes et même aux antagonistes. De plus, ces altérations ont été corrélées aux déficits moteurs au membre parétique. Le but principal de cette thèse était de tester les effets potentiels de la vibration des muscles de la main (article 3) et de la cuisse (article 4) sur les mécanismes neuronaux qui contrôlent ces muscles. Nous avons trouvé que la vibration augmente l’amplitude de la réponse motrice des muscles vibrés, même chez des personnes n’ayant pas de réponse motrice au repos ou lors d’une contraction volontaire. La vibration a également diminué l’inhibition intracorticale enregistrée au quadriceps parétique (muscle vibré). La diminution n’a cependant pas été significative au niveau de la main. Finalement, lors d’un devis d’investigation croisé, la vibration de la main ou de la jambe parétique a résulté en une amélioration spécifique de la dextérité manuelle ou de la coordination de la jambe, respectivement. Au membre inférieur, la vibration du quadriceps a également diminuée la spasticité des patients. Les résultats obtenus dans cette thèse sont très prometteurs pour la rééducation de la personne hémiparétique car avec une seule séance de vibration, nous avons obtenu des améliorations neurophysiologiques et cliniques.