Improving the Prediction of Spontaneous and Post-thrombolytic Recanalization in Ischemic Stroke Patients.

BACKGROUND: Endovascular treatment for acute ischemic stroke patients was recently shown to improve recanalization rates and clinical outcome in a well-defined study population. Intravenous thrombolysis (IVT) alone is insufficiently effective to recanalize in certain patients or of little value in others. Accordingly, we aimed at identifying predictors of recanalization in patients treated with or without IVT. METHODS: In the observational Acute Stroke Registry and Analysis of Lausanne (ASTRAL) registry, we selected those stroke patients (1) with an arterial occlusion on computed tomography angiography (CTA) imaging, (2) who had an arterial patency assessment at 24 hours (CTA/magnetic resonance angiography/transcranial Doppler), and (3) who were treated with IVT or had no revascularization treatment. Based on 2 separate logistic regression analyses, predictors of spontaneous and post-thrombolytic recanalization were generated. RESULTS: Partial or complete recanalization was achieved in 121 of 210 (58%) thrombolyzed patients. Recanalization was associated with atrial fibrillation (odds ratio , 1.6; 95% confidence interval, 1.2-3.0) and absence of early ischemic changes on CT (1.1, 1.1-1.2) and inversely correlated with the presence of a significant extracranial (EC) stenosis or occlusion (.6, .3-.9). In nonthrombolyzed patients, partial or complete recanalization was significantly less frequent (37%, P < .01). The recanalization was independently associated with a history of hypercholesterolemia (2.6, 1.2-5.6) and the proximal site of the intracranial occlusion (2.5, 1.2-5.4), and inversely correlated with a decreased level of consciousness (.3, .1-.8), and EC (.3, .1-.6) and basilar artery pathology (.1, .0-.6). CONCLUSIONS: Various clinical findings, cardiovascular risk factors, and arterial pathology on acute CTA-based imaging are moderately associated with spontaneous and post-thrombolytic arterial recanalization at 24 hours. If confirmed in other studies, this information may influence patient selection toward the most appropriate revascularization strategy.

How to monitor the brain in septic patients?

Brain injury is frequently observed after sepsis and may be primarily related to the direct effects of the septic insult on the brain (e.g., brain edema, ischemia, seizures) or to secondary/indirect injuries (e.g., hypotension, hypoxemia, hypocapnia, hyperglycemia). Management of brain injury in septic patients is first focused to exclude structural intracranial complications (e.g., ischemic/hemorrhagic stroke) and possible confounders (e.g., electrolyte alterations or metabolic disorders, such as dysglycemia). Sepsis-associated brain dysfunction is frequently a heterogeneous syndrome. Despite increasing understanding of main pathophysiologic determinants, therapy is essentially limited to protect the brain against further cerebral damage, by way of "simple" therapeutic manipulations of cerebral perfusion and oxygenation and by avoiding over-sedation. Non-invasive monitoring of cerebral perfusion and oxygenation with transcranial Doppler (TCD) and near-infrared spectroscopy (NIRS) is feasible in septic patients. Electroencephalography (EEG) allows detection of sepsis-related seizures and holds promise also as sedation monitoring. Brain CT-scan detects intra-cerebral structural lesions, while magnetic resonance imaging (MRI) provides important insights into primary mechanisms of sepsis-related direct brain injury, (e.g., cytotoxic vs. vasogenic edema) and the development of posterior reversible encephalopathy. Together with EEG and evoked potentials (EP), MRI is also important for coma prognostication. Emerging clinical evidence suggests monitoring of the brain in septic patients can be implemented in the ICU. The objective of this review was to summarize recent clinical data about the role of brain monitoring - including TCD, NIRS, EEG, EP, CT, and MRI - in patients with sepsis and to illustrate its potential utility for the diagnosis, management and prognostication.

Microstructure of the superior longitudinal fasciculus predicts stimulation-induced interference with on-line motor control.

A cortical visuomotor network, comprising the medial intraparietal sulcus (mIPS) and the dorsal premotor area (PMd), encodes the sensorimotor transformations required for the on-line control of reaching movements. How information is transmitted between these two regions and which pathways are involved, are less clear. Here, we use a multimodal approach combining repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) and diffusion tensor imaging (DTI) to investigate whether structural connectivity in the 'reaching' circuit is associated to variations in the ability to control and update a movement. We induced a transient disruption of the neural processes underlying on-line motor adjustments by applying 1Hz rTMS over the mIPS. After the stimulation protocol, participants globally showed a reduction of the number of corrective trajectories during a reaching task that included unexpected visual perturbations. A voxel-based analysis revealed that participants exhibiting higher fractional anisotropy (FA) in the second branch of the superior longitudinal fasciculus (SLF II) suffered less rTMS-induced behavioral impact. These results indicate that the microstructural features of the white matter bundles within the parieto-frontal 'reaching' circuit play a prominent role when action reprogramming is interfered. Moreover, our study suggests that the structural alignment and cohesion of the white matter tracts might be used as a predictor to characterize the extent of motor impairments.

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.

TCDI vs TCD for stroke risk prevention in children with sickle cell anemia: a cross-sectional study

Children with sickle cell anemia (SCA) are at increased risk of stroke. Elevated blood-flow velocities in the middle cerebral artery detected by Transcranial Doppler (TCD) are a good predictor of stroke risk in these children. Velocities obtained by TCD are measured by using a specific parameter, the time-averaged mean of the maximum velocity (TAMM). Children with TAMM velocities ≥200 cm/sec are at high risk of stroke, and transfusions as primary prevention might be done. Transcranial Doppler-imaging (TCDI) is now widely available and it allows the visualization of intracranial vessels.Few studies have compared the TAMM in TCD and TCDI, and no studies have established a cutoff point for TAMM in TCDI equivalent to the STOP criteria of “normal”, “conditional” and “abnormal”, which could predict a high risk of stroke in children with SCAObjectives: To compare the TAMM velocity obtained by TCDI with the TAMM velocity obtained with TCD in the middle cerebral artery, and to determine a cutoff point for TAMM in TCDI that could predict a high risk of stroke in children with SCAMethods: This study is a cross-sectional study of a diagnostic test. 78 children with sickle cell anemia between 2 to 16 years will be evaluated with both TCD and TCDI in order to determinate the TAMM with the two devices. Velocities obtained with both Doppler techniques will be compared using an intraclass correlation coefficient

Alterations in The States and Contents of Consciousness: Empirical and Theoretical Aspects

The main purpose of the present doctoral thesis is to investigate subjective experiences and cognitive processes in four different types of altered states of consciousness: naturally occurring dreaming, cognitively induced hypnosis, pharmacologically induced sedation, and pathological psychosis. Both empirical and theoretical research is carried out, resulting in four empirical and four theoretical studies. The thesis begins with a review of the main concepts used in consciousness research, the most influential philosophical and neurobiological theories of subjective experience, the classification of altered states of consciousness, and the main empirical methods used to study consciousness alterations. Next, findings of the original studies are discussed, as follows. Phenomenal consciousness is found to be dissociable from responsiveness, as subjective experiences do occur in unresponsive states, including anaesthetic-induced sedation and natural sleep, as demonstrated by post-awakening subjective reports. Two new tools for the content analysis of subjective experiences and dreams are presented, focusing on the diversity, complexity and dynamics of phenomenal consciousness. In addition, a new experimental paradigm of serial awakenings from non-rapid eye movement sleep is introduced, which enables more rapid sampling of dream reports than has been available in previous studies. It is also suggested that lucid dreaming can be studied using transcranial brain stimulation techniques and systematic analysis of pre-lucid dreaming. For blind judges, dreams of psychotic patients appear to be indistinguishable from waking mentation reports collected from the same patients, which indicates a close resemblance of these states of mind. However, despite phenomenological similarities, dreaming should not be treated as a uniform research model of psychotic or intact consciousness. Contrary to this, there seems to be a multiplicity of routes of how different states of consciousness can be associated. For instance, seemingly identical time perception distortions in different alterations of consciousness may have diverse underlying causes for these distortions. It is also shown that altered states do not necessarily exhibit impaired cognitive processing compared to a baseline waking state of consciousness: a case study of time perception in a hypnotic virtuoso indicates a more consistent perceptual timing under hypnosis than in a waking state. The thesis ends with a brief discussion of the most promising new perspectives for the study of alterations of consciousness.

The neural processes generating visual phenomenal consciousness: ERP and neuronavigated brain stimulation studies

One of the greatest conundrums to the contemporary science is the relation between consciousness and brain activity, and one of the specifi c questions is how neural activity can generate vivid subjective experiences. Studies focusing on visual consciousness have become essential in solving the empirical questions of consciousness. Th e main aim of this thesis is to clarify the relation between visual consciousness and the neural and electrophysiological processes of the brain. By applying electroencephalography and functional magnetic resonance image-guided transcranial magnetic stimulation (TMS), we investigated the links between conscious perception and attention, the temporal evolution of visual consciousness during stimulus processing, the causal roles of primary visual cortex (V1), visual area 2 (V2) and lateral occipital cortex (LO) in the generation of visual consciousness and also the methodological issues concerning the accuracy of targeting TMS to V1. Th e results showed that the fi rst eff ects of visual consciousness on electrophysiological responses (about 140 ms aft er the stimulus-onset) appeared earlier than the eff ects of selective attention, and also in the unattended condition, suggesting that visual consciousness and selective attention are two independent phenomena which have distinct underlying neural mechanisms. In addition, while it is well known that V1 is necessary for visual awareness, the results of the present thesis suggest that also the abutting visual area V2 is a prerequisite for conscious perception. In our studies, the activation in V2 was necessary for the conscious perception of change in contrast for a shorter period of time than in the case of more detailed conscious perception. We also found that TMS in LO suppressed the conscious perception of object shape when TMS was delivered in two distinct time windows, the latter corresponding with the timing of the ERPs related to the conscious perception of coherent object shape. Th e result supports the view that LO is crucial in conscious perception of object coherency and is likely to be directly involved in the generation of visual consciousness. Furthermore, we found that visual sensations, or phosphenes, elicited by the TMS of V1 were brighter than identically induced phosphenes arising from V2. Th ese fi ndings demonstrate that V1 contributes more to the generation of the sensation of brightness than does V2. Th e results also suggest that top-down activation from V2 to V1 is probably associated with phosphene generation. The results of the methodological study imply that when a commonly used landmark (2 cm above the inion) is used in targeting TMS to V1, the TMS-induced electric fi eld is likely to be highest in dorsal V2. When V1 was targeted according to the individual retinotopic data, the electric fi eld was highest in V1 only in half of the participants. Th is result suggests that if the objective is to study the role of V1 with TMS methodology, at least functional maps of V1 and V2 should be applied with computational model of the TMS-induced electric fi eld in V1 and V2. Finally, the results of this thesis imply that diff erent features of attention contribute diff erently to visual consciousness, and thus, the theoretical model which is built up of the relationship between visual consciousness and attention should acknowledge these diff erences. Future studies should also explore the possibility that visual consciousness consists of several processing stages, each of which have their distinct underlying neural mechanisms.

The Influence of Cerebral Blood Flow and Carbon Dioxide on Neuromuscular Responses During Environmental Stress

Although reductions in cerebral blood flow (CBF) may be implicated in the development of central fatigue during environmental stress, the contribution from hypocapnia-induced reductions in CBF versus reductions in CBF per se has yet to be isolated. The current research program examined the influence of CBF, with and without consequent hypocapnia, on neuromuscular responses during hypoxia and passive heat stress. To this end, neuromuscular responses, as indicated by motor evoked potentials (MEP), maximal M-wave (Mmax) and cortical voluntary activation (cVA) of the flexor carpi radialis muscle during isometric wrist flexion, was assessed in three separate projects: 1) hypocapnia, independent of concomitant reductions in CBF; 2) altered CBF during severe hypoxia and; 3) thermal hyperpnea-mediated reductions in CBF, independent of hypocapnia. All projects employed a custom-built dynamic end-tidal forcing system to control end-tidal PCO2 (PETCO2), independent of the prevailing environmental conditions, and cyclooxygenase inhibition using indomethacin (Indomethacin, 1.2 mg·Kg-1) to selectively reduce CBF (estimated using transcranial Doppler ultrasound) without changes in PETCO2. A primary finding of the present research program is that the excitability of the corticospinal tract is inherently sensitive to changes in PaCO2, as demonstrated by a 12% increase in MEP amplitude in response to moderate hypocapnia. Conversely, CBF mediated reductions in cerebral O2 delivery appear to decrease corticospinal excitability, as indicated by a 51-64% and 4% decrease in MEP amplitude in response to hypoxia and passive heat stress, respectively. The collective evidence from this research program suggests that impaired voluntary activation is associated with reductions in CBF; however, it must be noted that changes in cVA were not linearly correlated with changes in CBF. Therefore, other factors independent of CBF, such as increased perception of effort, distress or discomfort, may have contributed to the reductions in cVA. Despite the functional association between reductions in CBF and hypocapnia, both variables have distinct and independent influence on the neuromuscular system. Therefore, future studies should control or acknowledge the separate mechanistic influence of these two factors.

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.

Les effets de la similarité physique dans l’observation d’actions : études comportementales et neurophysiologiques

Il a été suggéré que la similarité physique entre un observateur et une action observée facilite la perception et la compréhension d’action. Par exemple, l’observation d’un acteur exécutant des gestes de la main ayant une signification culturelle est associée à une augmentation de l’excitabilité corticospinale lorsque les deux individus sont de la même ethnicité (Molnar-Szakacs et al., 2007). La perception tactile serait également facilitée lorsqu’un individu regarde un modèle de sa propre race être touché (Serino et al., 2009), tandis que des études en imagerie cérébrale fonctionnelle suggèrent la présence d’activations plus importantes dans le cortex cingulaire lorsqu’un sujet observe une personne de son propre groupe racial ressentir de la douleur (Xu et al., 2009). Certaines études ont lié ces résultats à un mécanisme de résonance motrice, possiblement associé au système des neurones miroirs (SNM), suggérant que la représentation de l’action dans les aires motrices est facilitée par la similarité physique. Toutefois, la grande majorité des stimuli utilisés dans ces études comportent une composante émotionnelle ou culturelle pouvant masquer les effets purement moteurs liant la similarité physique à un mécanisme de résonance motrice. De plus, la sélectivité de l’activation du SNM face à des stimuli biologiques a récemment été remise en question en raison de biais méthodologiques. La présente thèse présente trois études visant à évaluer l’effet de la similarité physique et des caractéristiques biologiques d’un mouvement sur la résonance motrice à l’aide de mesures comportementales et neurophysiologiques. À cet effet, l’imitation automatique de mouvements de la main, l’excitabilité corticospinale et la désynchronisation du rythme électroencéphalographique mu ont servi de marqueurs de l’activité du SNM. Dans les trois études présentées, la couleur de la peau et l’aspect biologique du stimulus observé ou imité ont été systématiquement manipulés. Nos données confirment la sélectivité du SNM pour le mouvement biologique en démontrant une réponse imitative plus rapide et une désynchronisation du rythme mu plus prononcée lors de la présentation de stimuli biologiques comparativement à des stimuli non-biologiques répliquant les aspects physiques du mouvement humain. Les deux mêmes mesures montrent une réponse neurophysiologique et comportementale équivalente lorsque l’action est exécutée par un agent de couleur similaire ou dissimilaire au participant. Nous rapportons aussi un effet surprenant de la similarité physique sur l’excitabilité corticospinale, où l’observation d’une action exécutée par un agent de couleur différente est associée à une activation plus grande du cortex moteur primaire droit de participants de sexe féminin. Prises dans leur ensemble, ces données suggèrent que la similarité physique avec une action observée ne module généralement pas l’activité du SNM au niveau des aires sensorimotrices en l’absence de composantes culturelles et émotionnelles. De plus, les résultats présentés suggèrent que le SNM est sélectif au mouvement biologique plutôt qu’à l’aspect kinématique du mouvement.

Modulation de l'apprentissage visuel par stimulation électrique transcrânienne à courant direct du cortex préfrontal

Le traitement visuel répété d’un visage inconnu entraîne une suppression de l’activité neuronale dans les régions préférentielles aux visages du cortex occipito-temporal. Cette «suppression neuronale» (SN) est un mécanisme primitif hautement impliqué dans l’apprentissage de visages, pouvant être détecté par une réduction de l’amplitude de la composante N170, un potentiel relié à l’événement (PRE), au-dessus du cortex occipito-temporal. Le cortex préfrontal dorsolatéral (CPDL) influence le traitement et l’encodage visuel, mais sa contribution à la SN de la N170 demeure inconnue. Nous avons utilisé la stimulation électrique transcrânienne à courant direct (SETCD) pour moduler l’excitabilité corticale du CPDL de 14 adultes sains lors de l’apprentissage de visages inconnus. Trois conditions de stimulation étaient utilisées: inhibition à droite, excitation à droite et placebo. Pendant l’apprentissage, l’EEG était enregistré afin d’évaluer la SN de la P100, la N170 et la P300. Trois jours suivant l’apprentissage, une tâche de reconnaissance était administrée où les performances en pourcentage de bonnes réponses et temps de réaction (TR) étaient enregistrées. Les résultats indiquent que la condition d’excitation à droite a facilité la SN de la N170 et a augmentée l’amplitude de la P300, entraînant une reconnaissance des visages plus rapide à long-terme. À l’inverse, la condition d’inhibition à droite a causé une augmentation de l’amplitude de la N170 et des TR plus lents, sans affecter la P300. Ces résultats sont les premiers à démontrer que la modulation d’excitabilité du CPDL puisse influencer l’encodage visuel de visages inconnus, soulignant l’importance du CPDL dans les mécanismes d’apprentissage de base.