Activation of the left inferior frontal gyrus in the first 200 ms of reading:evidence from magnetoencephalography (MEG)

Background - It is well established that the left inferior frontal gyrus plays a key role in the cerebral cortical network that supports reading and visual word recognition. Less clear is when in time this contribution begins. We used magnetoencephalography (MEG), which has both good spatial and excellent temporal resolution, to address this question. Methodology/Principal Findings - MEG data were recorded during a passive viewing paradigm, chosen to emphasize the stimulus-driven component of the cortical response, in which right-handed participants were presented words, consonant strings, and unfamiliar faces to central vision. Time-frequency analyses showed a left-lateralized inferior frontal gyrus (pars opercularis) response to words between 100–250 ms in the beta frequency band that was significantly stronger than the response to consonant strings or faces. The left inferior frontal gyrus response to words peaked at ~130 ms. This response was significantly later in time than the left middle occipital gyrus, which peaked at ~115 ms, but not significantly different from the peak response in the left mid fusiform gyrus, which peaked at ~140 ms, at a location coincident with the fMRI–defined visual word form area (VWFA). Significant responses were also detected to words in other parts of the reading network, including the anterior middle temporal gyrus, the left posterior middle temporal gyrus, the angular and supramarginal gyri, and the left superior temporal gyrus. Conclusions/Significance - These findings suggest very early interactions between the vision and language domains during visual word recognition, with speech motor areas being activated at the same time as the orthographic word-form is being resolved within the fusiform gyrus. This challenges the conventional view of a temporally serial processing sequence for visual word recognition in which letter forms are initially decoded, interact with their phonological and semantic representations, and only then gain access to a speech code.

Dissociable patterns of neural activity during response inhibition in depressed adolescents with and without suicidal behavior

Objectives - Impaired attentional control and behavioral control are implicated in adult suicidal behavior. Little is known about the functional integrity of neural circuitry supporting these processes in suicidal behavior in adolescence. Method - Functional magnetic resonance imaging was used in 15 adolescent suicide attempters with a history of major depressive disorder (ATTs), 15 adolescents with a history of depressive disorder but no suicide attempt (NATs), and 14 healthy controls (HCs) during the performance of a well-validated go-no-go response inhibition and motor control task that measures attentional and behavioral control and has been shown to activate prefrontal, anterior cingulate, and parietal cortical circuitries. Questionnaires assessed symptoms and standardized interviews characterized suicide attempts. Results - A 3 group by 2 condition (go-no-go response inhibition versus go motor control blocks) block-design whole-brain analysis (p < .05, corrected) showed that NATs showed greater activity than ATTs in the right anterior cingulate gyrus (p = .008), and that NATs, but not ATTs, showed significantly greater activity than HCs in the left insula (p = .004) to go-no-go response inhibition blocks. Conclusions - Although ATTs did not show differential patterns of neural activity from HCs during the go-no-go response inhibition blocks, ATTs and NATs showed differential activation of the right anterior cingulate gyrus during response inhibition. These findings indicate that suicide attempts during adolescence are not associated with abnormal activity in response inhibition neural circuitry. The differential patterns of activity in response inhibition neural circuitry in ATTs and NATs, however, suggest different neural mechanisms for suicide attempt versus major depressive disorder in general in adolescence that should be a focus of further study.

Neuropathology of Basal Ganglia and its role in the Parkinsonian syndromes with special reference to the Globus pallidus

The globus pallidus, together with the striatum (caudate nucleus and putamen), substantia nigra, nucleus accumbens, and subthalamic nucleus constitute the basal ganglia, a group of nuclei which act as a single functional unit. The basal ganglia have extensive connections to the cerebral cortex and thalamus and exert control over a variety of functions including voluntary motor control, procedural learning, and motivation. The action of the globus pallidus is primarily inhibitory and balances the excitatory influence of other areas of the brain such as the cerebral cortex and cerebellum. Neuropathological changes affecting the basal ganglia play a significant role in the clinical signs and symptoms observed in the ‘parkinsonian syndromes’ viz., Parkinson’s disease (PD), progressive supranuclear palsy (PSP), dementia with Lewy bodies (DLB), multiple system atrophy (MSA), and corticobasal degeneration (CBD). There is increasing evidence that different regions of the basal ganglia are differentially affected in these disorders. Hence, in all parkinsonian disorders and especially PD, there is significant pathology affecting the substantia nigra and its dopamine projection to the striatum. However, in PSP and MSA, the globus pallidus is also frequently affected while in DLB and CBD, whereas the caudate nucleus and/or putamen are affected, the globus pallidus is often spared. This chapter reviews the functional pathways of the basal ganglia, with special reference to the globus pallidus, and the role that differential pathology in these regions may play in the movement disorders characteristic of the parkinsonian syndromes.

2nd workshop on designing with older adults:towards a complete methodology

The ageing process can interfere considerably with the use of mobile devices, e.g. due to changes in vision, attention, and motor control. Designing mobile technology with older adults poses its own challenges. In the absence of a complete methodology for working with older users, researchers and designers are often left to improvise their own methods. This can result in co-design relationships being compromised and weak design insights emerging. How can we best adapt or modify existing methods for working with this group?

Analysis and interpretation of serial position data

The representation of serial position in sequences is an important topic in a variety of cognitive areas including the domains of language, memory, and motor control. In the neuropsychological literature, serial position data have often been normalized across different lengths, and an improved procedure for this has recently been reported by Machtynger and Shallice (2009). Effects of length and a U-shaped normalized serial position curve have been criteria for identifying working memory deficits. We present simulations and analyses to illustrate some of the issues that arise when relating serial position data to specific theories. We show that critical distinctions are often difficult to make based on normalized data. We suggest that curves for different lengths are best presented in their raw form and that binomial regression can be used to answer specific questions about the effects of length, position, and linear or nonlinear shape that are critical to making theoretical distinctions. © 2010 Psychology Press.

Joint-specific changes in locomotor complexity in the absence of muscle atrophy following incomplete spinal cord injury

ackground Following incomplete spinal cord injury (iSCI), descending drive is impaired, possibly leading to a decrease in the complexity of gait. To test the hypothesis that iSCI impairs gait coordination and decreases locomotor complexity, we collected 3D joint angle kinematics and muscle parameters of rats with a sham or an incomplete spinal cord injury. Methods 12 adult, female, Long-Evans rats, 6 sham and 6 mild-moderate T8 iSCI, were tested 4 weeks following injury. The Basso Beattie Bresnahan locomotor score was used to verify injury severity. Animals had reflective markers placed on the bony prominences of their limb joints and were filmed in 3D while walking on a treadmill. Joint angles and segment motion were analyzed quantitatively, and complexity of joint angle trajectory and overall gait were calculated using permutation entropy and principal component analysis, respectively. Following treadmill testing, the animals were euthanized and hindlimb muscles removed. Excised muscles were tested for mass, density, fiber length, pennation angle, and relaxed sarcomere length. Results Muscle parameters were similar between groups with no evidence of muscle atrophy. The animals showed overextension of the ankle, which was compensated for by a decreased range of motion at the knee. Left-right coordination was altered, leading to left and right knee movements that are entirely out of phase, with one joint moving while the other is stationary. Movement patterns remained symmetric. Permutation entropy measures indicated changes in complexity on a joint specific basis, with the largest changes at the ankle. No significant difference was seen using principal component analysis. Rats were able to achieve stable weight bearing locomotion at reasonable speeds on the treadmill despite these deficiencies. Conclusions Decrease in supraspinal control following iSCI causes a loss of complexity of ankle kinematics. This loss can be entirely due to loss of supraspinal control in the absence of muscle atrophy and may be quantified using permutation entropy. Joint-specific differences in kinematic complexity may be attributed to different sources of motor control. This work indicates the importance of the ankle for rehabilitation interventions following spinal cord injury.

Effects of pelvic floor muscle rehabilitation on PFM function and morphology in older women

Aims The purpose of this study was to examine the effect of a pelvic floor muscle (PFM) rehabilitation program on incontinence symptoms, PFM function, and morphology in older women with SUI. Methods Women 60 years old and older with at least weekly episodes of SUI were recruited. Participants were evaluated before and after a 12-week group PFM rehabilitation intervention. The evaluations included 3-day bladder diaries, symptom, and quality of life questionnaires, PFM function testing with dynamometry (force) and electromyography (activation) during seven tasks: rest, PFM maximum voluntary contraction (MVC), straining, rapid-repeated PFM contractions, a 60 sec sustained PFM contraction, a single cough and three repeated coughs, and sagittal MRI recorded at rest, during PFM MVCs and during straining to assess PFM morphology. Results Seventeen women (68.9 ± 5.5 years) participated. Following the intervention the frequency of urine leakage decreased and disease-specific quality of life improved significantly. PFM function improved significantly: the participants were able to perform more rapid-repeated PFM contractions; they activated their PFMs sooner when coughing and they were better able to maintain a PFM contraction between repeated coughs. Pelvic organ support improved significantly: the anorectal angle was decreased and the urethrovescial junction was higher at rest, during contraction and while straining. Conclusions This study indicated that improvements in urine leakage were produced along with improvements in PFM co-ordination (demonstrated by the increased number of rapid PFM contractions and the earlier PFM activation when coughing), motor-control, pelvic organ support.

Premotor Mechanisms for Orofacial Coordination

The mouth, throat, and face contain numerous muscles that participate in a large variety of orofacial behaviors. The jaw and tongue can move independently, and thus require a high degree of coordination among the muscles that move them to prevent self-injury. However, different orofacial behaviors require distinct patterns of coordination between these muscles. The method through which motor control circuitry might coordinate this activity has yet to be determined. Electrophysiological, immunohistochemical, and retrograde tracing studies have attempted to identify populations of premotor neurons which directly send information to orofacial motoneurons in an effort to identify sources of coordination. Yet these studies have not provided a complete picture of the population of neurons which monosynaptically connect to jaw and tongue motoneurons. Additionally, while many of these studies have suggested that premotor neurons projecting to multiple motor pools may play a role in coordination of orofacial muscles, no clear functional roles for these neurons in the coordination of natural orofacial movements has been identified.

In this dissertation, I took advantage of the recently developed monosynaptic rabies virus to trace the premotor circuits for the jaw-closing masseter muscle and tongue-protruding genioglossus muscle in the neonatal mouse, uncovering novel premotor inputs in the brainstem. Furthermore, these studies identified a set of neurons which form boutons onto motor neurons in multiple motor pools, providing a premotor substrate for orofacial coordination. I then combined a retrogradely traveling lentivirus with a split-intein mediated split-Cre recombinase system to isolate and manipulate a population of neurons which project to both left and right jaw-closing motor nuclei. I found that these bilaterally projecting neurons also innervate multiple other orofacial motor nuclei, premotor regions, and midbrain regions implicated in motor control. I anatomically and physiologically characterized these neurons and used optogenetic and chemicogenetic approaches to assess their role in natural jaw-closing behavior, specifically with reference to bilateral masseter muscle electromyogram (EMG) activity. These studies identified a population of bilaterally projecting neurons in the supratrigeminal nucleus as essential for maintenance of an appropriate level of masseter activation during natural chewing behavior in the freely moving mouse. Moreover, these studies uncovered two distinct roles of supratrigeminal bilaterally projecting neurons in bilaterally synchronized activation of masseter muscles, and active balancing of bilateral masseter muscle tone against an excitatory input. Together, these studies identify neurons which project to multiple motor nuclei as a mechanism by which the brain coordinates orofacial muscles during natural behavior.

Effects of pelvic floor muscle rehabilitation on PFM function and morphology in older women

Aims The purpose of this study was to examine the effect of a pelvic floor muscle (PFM) rehabilitation program on incontinence symptoms, PFM function, and morphology in older women with SUI. Methods Women 60 years old and older with at least weekly episodes of SUI were recruited. Participants were evaluated before and after a 12-week group PFM rehabilitation intervention. The evaluations included 3-day bladder diaries, symptom, and quality of life questionnaires, PFM function testing with dynamometry (force) and electromyography (activation) during seven tasks: rest, PFM maximum voluntary contraction (MVC), straining, rapid-repeated PFM contractions, a 60 sec sustained PFM contraction, a single cough and three repeated coughs, and sagittal MRI recorded at rest, during PFM MVCs and during straining to assess PFM morphology. Results Seventeen women (68.9 ± 5.5 years) participated. Following the intervention the frequency of urine leakage decreased and disease-specific quality of life improved significantly. PFM function improved significantly: the participants were able to perform more rapid-repeated PFM contractions; they activated their PFMs sooner when coughing and they were better able to maintain a PFM contraction between repeated coughs. Pelvic organ support improved significantly: the anorectal angle was decreased and the urethrovescial junction was higher at rest, during contraction and while straining. Conclusions This study indicated that improvements in urine leakage were produced along with improvements in PFM co-ordination (demonstrated by the increased number of rapid PFM contractions and the earlier PFM activation when coughing), motor-control, pelvic organ support.

SENSORIMOTOR WORKING MEMORY CAPACITY LIMITS

Two novel studies examining the capacity and characteristics of working memory for object weights, experienced through lifting, were completed. Both studies employed visually identical objects of varying weight and focused on memories linking object locations and weights. Whereas numerous studies have examined the capacity of visual working memory, the capacity of sensorimotor memory involved in motor control and object manipulation has not yet been explored. In addition to assessing working memory for object weights using an explicit perceptual test, we also assessed memory for weight using an implicit measure based on motor performance. The vertical lifting or LF and the horizontal GF applied during lifts, measured from force sensors embedded in the object handles, were used to assess participants’ ability to predict object weights. In Experiment 1, participants were presented with sets of 3, 4, 5, 7 or 9 objects. They lifted each object in the set and then repeated this procedure 10 times with the objects lifted either in a fixed or random order. Sensorimotor memory was examined by assessing, as a function of object set size, how lifting forces changed across successive lifts of a given object. The results indicated that force scaling for weight improved across the repetitions of lifts, and was better for smaller set sizes when compared to the larger set sizes, with the latter effect being clearest when objects were lifting in a random order. However, in general the observed force scaling was poorly scaled. In Experiment 2, working memory was examined in two ways: by determining participants’ ability to detect a change in the weight of one of 3 to 6 objects lifted twice, and by simultaneously measuring the fingertip forces applied when lifting the objects. The results showed that, even when presented with 6 objects, participants were extremely accurate in explicitly detecting which object changed weight. In addition, force scaling for object weight, which was generally quite weak, was similar across set sizes. Thus, a capacity limit less than 6 was not found for either the explicit or implicit measures collected.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Role of Vascular Smooth Muscle Cell PiT-2 in Basal Ganglia Calcification

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-08

Comparative performance analysis of drives for induction motors

The asynchronous polyphase induction motor has been the motor of choice in industrial settings for about the past half century because power electronics can be used to control its output behavior. Before that, the dc motor was widely used because of its easy speed and torque controllability. The two main reasons why this might be are its ruggedness and low cost. The induction motor is a rugged machine because it is brushless and has fewer internal parts that need maintenance or replacement. This makes it low cost in comparison to other motors, such as the dc motor. Because of these facts, the induction motor and drive system have been gaining market share in industry and even in alternative applications such as hybrid electric vehicles and electric vehicles. The subject of this thesis is to ascertain various control algorithms’ advantages and disadvantages and give recommendations for their use under certain conditions and in distinct applications. Four drives will be compared as fairly as possible by comparing their parameter sensitivities, dynamic responses, and steady-state errors. Different switching techniques are used to show that the motor drive is separate from the switching scheme; changing the switching scheme produces entirely different responses for each motor drive.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.