Effet de la maladie de Parkinson et de la médication dopaminergique sur les mécanismes de traitement et d'intégration sensorielle et l'adaptation visuomotrice

L’intégrité de notre système sensorimoteur est essentielle aux interactions adéquates avec notre environnement. Dans la maladie de Parkinson (MP), l’efficacité des interactions quotidiennes entre le corps et l’environnement est fréquemment réduite et diminue la qualité de vie. La MP est une maladie neurodégénérative résultant prioritairement d’une perte neuronale dopaminergique dans les ganglions de la base (GB). Cette dégénérescence altère le fonctionnement normal de la circuiterie associant les GB au cortex cérébral. L’administration de médications dopaminergiques permet d’améliorer les principaux symptômes cliniques moteurs de la MP. Cette thèse porte sur les rôles des GB dans les processus de traitement et d’intégration des informations sensorielles visuelle et proprioceptive et dans les mécanismes d’adaptation visuomotrice. Elle s’intéresse également à l’influence de la médication dopaminergique sur ces fonctions sensorimotrices. Nous avons réalisé trois études comportementales, utilisant l’atteinte manuelle tridimensionnelle comme modèle expérimental. Dans chacune de ces études, nous avons comparé la performance de personnes âgées en santé à celle de personnes souffrant de la MP avec et sans leur médication antiparkinsonienne quotidienne. Ces trois études ont été réalisées à l’aide d’un système d’analyse de mouvement et une station de réalité virtuelle. Dans la première étude, nous avons évalué si les GB sont prioritairement impliqués dans l’intégration sensorimotrice ou le traitement des informations proprioceptives. Pour se faire, nous avons testé la capacité des patients MP à effectuer des atteintes manuelles tridimensionnelles précises dans quatre conditions variant la nature des informations sensorielles (visuelles et/ou proprioceptives) définissant la position de la main et de la cible. Les patients MP ont effectué, en moyenne, de plus grandes erreurs spatiales que les personnes en santé uniquement lorsque les informations proprioceptives étaient la seule source d’information sensorielle disponible. De plus, ces imprécisions spatiales étaient significativement plus grandes que celles des personnes en santé, seulement lorsque les patients étaient testés dans la condition médicamentée. La deuxième étude présentée dans cette thèse a permis de démontrer que les imprécisions spatiales des patients MP dans les conditions proprioceptives étaient le résultat de déficits dans l’utilisation en temps réel des informations proprioceptives pour guider les mouvements. Dans la troisième étude, nous avons évalué si les GB sont prioritairement impliqués dans les mécanismes d’adaptation visuomotrice explicite ou implicite. Pour se faire, nous avons testé les capacités adaptatives des patients MP dans deux tâches variant le décours temporel de l’application d’une perturbation visuomotrice tridimensionnelle. Dans la tâche explicite, la perturbation était introduite soudainement, produisant de grandes erreurs détectées consciemment. Dans la condition implicite, la perturbation était introduite graduellement ce qui engendrait de petites erreurs non détectables. Les résultats montrent que les patients MP dans les conditions médicamentée et non médicamentée présentent des déficits adaptatifs uniquement dans la tâche explicite. Dans l’ensemble, les résultats expérimentaux présentés dans cette thèse montrent que la médication dopaminergique n’améliore pas le traitement des afférences proprioceptives et l’adaptation visuomotrice des personnes souffrant de la MP. Ces observations suggèrent que les dysfonctions dans les circuits dopaminergiques dans les GB ne sont pas les seules responsables des déficits observés dans ces fonctions sensorimotrices.

Les posteffets moteurs posturaux : mécanismes sous-jacents et exploitation thérapeutique chez les personnes amputées

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

Contrôle postural et intégration sensorielle chez l’enfant en santé, chez l’adolescent atteint du syndrome Gilles de la Tourette ainsi que chez l’adulte atteint de la maladie de Huntington

Le contrôle postural et la perception des limites de la stabilité sont des processus complexes qui nécessitent le traitement et l’intégration d’informations sensorielles multimodales. Pendant l’enfance, le développement de la stabilité posturale s’effectue de façon non-monotonique. Plusieurs auteurs ont suggéré que ce profil non linéaire serait provoqué par une période de recalibration des systèmes sensoriels. Cette phase, nommée période de transition, est observée vers l’âge de 6-7 ans. Nous disposons toutefois de très peu d’information sur le rôle spécifique des afférences et des mécanismes d’intégration sensorielle au cours du développement postural. Les dysfonctions dans les noyaux gris centraux, telles que ceux observés dans la maladie de Parkinson, ont été associées à divers déficits dans le contrôle de la posture, dans le traitement et l’intégration sensoriel plus particulièrement, au niveau des informations proprioceptives. De plus, les limites fonctionnelles de la stabilité posturale des personnes atteintes de la maladie de Parkinson sont significativement réduites. Cependant, les connaissances concernant comment certaines pathologies des noyaux gris centraux, telles que le syndrome Gilles de la Tourette (SGT) et la maladie de Huntington (MH) affectent la capacité d’utiliser les informations sensorielles pour contrôler la posture demeurent à ce jour, incomplètes. Cette thèse porte sur le rôle des noyaux gris centraux dans les processus de traitements et d’intégration sensorielle, particulièrement les afférences proprioceptives dans le contrôle de la posture au cours du développement de l’enfant en santé, atteint du SGT et chez l’adulte atteint de la MH avec et sans symptôme clinique. Notre protocole expérimental a été testé chez ces trois populations (enfants en santé, SGT et MH). Nous avons utilisé des mesures quantitatives à partir de données issues d’une plateforme de force afin d’évaluer les ajustements posturaux dans les limites de la stabilité posturale. Les participants devaient s’incliner le plus loin possible dans quatre différentes directions (avant, arrière, droite et gauche) et maintenir l’inclinaison posturale maximale pendant 10 secondes. Afin de tester la capacité à traiter et à intégrer les informations sensorielles, la tâche expérimentale a été exécutée dans trois conditions sensorielles : 1) yeux ouverts, 2) yeux fermés et 3) yeux fermés, debout sur une mousse. Ainsi, la contribution relative de la proprioception pour le contrôle postural augmente à travers les conditions sensorielles. Dans la première étude, nous avons évalué la capacité à traiter et à intégrer les informations sensorielles avant (4 ans) et après (8-10 ans) la période de transition comparativement aux adultes. Dans la deuxième et la troisième étude, nous avons également évalué le traitement et l’intégration des informations sensorielles chez les patients atteints de désordres des noyaux gris centraux. La deuxième étude portera spécifiquement sur les adolescents atteints du SGT et la troisième, sur la MH avant et après l’apparition des symptômes cliniques. En somme, les résultats de la première étude ont démontré que la performance des enfants est affectée de façon similaire par les différentes conditions sensorielles avant et après la période de transition. Toutefois, le profil de développement des mécanismes responsables des ajustements posturaux de l’axe antéropostérieur est plus précoce comparativement à ceux de l’axe médiolatéral. Ainsi, nos résultats ne supportent pas l’hypothèse de la période de recalibration des systèmes sensoriels pendant cette période ontogénétique mais suggèrent que la période de transition peut être expliquée par la maturation précoce des mécanismes d’ajustements posturaux dans l’axe antéropostérieur. Dans l’ensemble, les résultats de nos études chez les populations atteintes de désordres des noyaux gris centraux (MH et SGT) démontrent non seulement qu’ils ont des déficits posturaux mais également que les ajustements posturaux dans les deux axes sont affectés par les conditions sensorielles. Pour la première fois, nos études démontrent des déficits globaux de traitements et d’intégration sensorielle accentués pour les signaux proprioceptifs. Ces résultats sont similaires à ceux observés dans la maladie de Parkinson. De plus, les adolescents atteints du SGT éprouvent également des troubles posturaux marqués dans la condition visuelle ce qui suggère des déficits d’intégrations visuelles et/ou multimodaux.

Rôle des informations proprioceptives dans l’équilibre à la marche chez les personnes en santé et hémiparétiques

L'utilisation des informations proprioceptives pour le contrôle de l’équilibre à la marche est encore mal comprise chez les sujets en santé ou hémiparétiques suite à un accident vasculaire cérébral. Le but de cette étude était d’évaluer le rôle des informations proprioceptives dans le maintien de l'équilibre à la marche chez les patients en santé et hémiparétiques. Une analyse de mouvement en trois dimensions a été faite chez treize participants en santé et six hémiparétiques qui marchaient sur un tapis roulant instrumenté pour déterminer leur difficulté à maintenir l’équilibre postural et dynamique, évaluée respectivement par les forces stabilisante et déstabilisante. Des vibrations étaient appliquées en continu ou pendant la phase d’appui sur les muscles postérieurs du cou et sur le triceps sural du côté non-dominant/parétique. La vibration continue ou à l’appui du triceps sural a diminué, chez les sujets en santé, la difficulté à maintenir l’équilibre dynamique et postural (p< 0,01), avec une position du corps plus en arrière, sans changement des paramètres temporels de marche. L'équilibre et les paramètres temporels de la marche n'étaient pas modifiés significativement par la vibration à la nuque (p>.17). Aucun effet des vibrations n'a été mesuré chez les patients hémiparétiques (p> 0,45). Les informations proprioceptives sont donc bien utilisées lors de la marche, mais leur rôle dépendrait des conditions de marche et des afférences visuelles disponibles. Un changement dans les capacités d’intégration expliquerait l'absence d'effet des vibrations chez les patients hémiparétiques. D’autres études sont nécessaires pour comprendre l’intégration des informations proprioceptives et visuelles dans le contrôle de l’équilibre à la marche.

Ataxias heredodegenerativas

Descripción de las ataxias heredodegenerativas con énfasis en la semiología general de este tipo de enfermedades y la fisiopatología de los grandes grupos de ataxias.

View-based approaches to spatial representation in human vision

In an immersive virtual environment, observers fail to notice the expansion of a room around them and consequently make gross errors when comparing the size of objects. This result is difficult to explain if the visual system continuously generates a 3-D model of the scene based on known baseline information from interocular separation or proprioception as the observer walks. An alternative is that observers use view-based methods to guide their actions and to represent the spatial layout of the scene. In this case, they may have an expectation of the images they will receive but be insensitive to the rate at which images arrive as they walk. We describe the way in which the eye movement strategy of animals simplifies motion processing if their goal is to move towards a desired image and discuss dorsal and ventral stream processing of moving images in that context. Although many questions about view-based approaches to scene representation remain unanswered, the solutions are likely to be highly relevant to understanding biological 3-D vision.

How active gaze informs the hand in sequential pointing movements

Visual information is vital for fast and accurate hand movements. It has been demonstrated that allowing free eye movements results in greater accuracy than when the eyes maintain centrally fixed. Three explanations as to why free gaze improves accuracy are: shifting gaze to a target allows visual feedback in guiding the hand to the target (feedback loop), shifting gaze generates ocular-proprioception which can be used to update a movement (feedback-feedforward), or efference copy could be used to direct hand movements (feedforward). In this experiment we used a double-step task and manipulated the utility of ocular-proprioceptive feedback from eye to head position by removing the second target during the saccade. We confirm the advantage of free gaze for sequential movements with a double-step pointing task and document eye-hand lead times of approximately 200 ms for both initial movements and secondary movements. The observation that participants move gaze well ahead of the current hand target dismisses foveal feedback as a major contribution. We argue for a feedforward model based on eye movement efference as the major factor in enabling accurate hand movements. The results with the double-step target task also suggest the need for some buffering of efference and ocular-proprioceptive signals to cope with the situation where the eye has moved to a location ahead of the current target for the hand movement. We estimate that this buffer period may range between 120 and 200 ms without significant impact on hand movement accuracy.

Modulation of event-related desynchronization during kinematic and kinetic hand movements

Background Event-related desynchronization/synchronization (ERD/ERS) is a relative power decrease/increase of electroencephalogram (EEG) in a specific frequency band during physical motor execution and mental motor imagery, thus it is widely used for the brain-computer interface (BCI) purpose. However what the ERD really reflects and its frequency band specific role have not been agreed and are under investigation. Understanding the underlying mechanism which causes a significant ERD would be crucial to improve the reliability of the ERD-based BCI. We systematically investigated the relationship between conditions of actual repetitive hand movements and resulting ERD. Methods Eleven healthy young participants were asked to close/open their right hand repetitively at three different speeds (Hold, 1/3 Hz, and 1 Hz) and four distinct motor loads (0, 2, 10, and 15 kgf). In each condition, participants repeated 20 experimental trials, each of which consisted of rest (8–10 s), preparation (1 s) and task (6 s) periods. Under the Hold condition, participants were instructed to keep clenching their hand (i.e., isometric contraction) during the task period. Throughout the experiment, EEG signals were recorded from left and right motor areas for offline data analysis. We obtained time courses of EEG power spectrum to discuss the modulation of mu and beta-ERD/ERS due to the task conditions. Results We confirmed salient mu-ERD (8–13 Hz) and slightly weak beta-ERD (14–30 Hz) on both hemispheres during repetitive hand grasping movements. According to a 3 × 4 ANOVA (speed × motor load), both mu and beta-ERD during the task period were significantly weakened under the Hold condition, whereas no significant difference in the kinetics levels and interaction effect was observed. Conclusions This study investigates the effect of changes in kinematics and kinetics on resulting ERD during repetitive hand grasping movements. The experimental results suggest that the strength of ERD may reflect the time differentiation of hand postures in motor planning process or the variation of proprioception resulting from hand movements, rather than the motor command generated in the down stream, which recruits a group of motor neurons.

Características biomecânicas, ergonômicas e clínicas da postura sentada: uma revisão

A posição sentada é a mais adotada nos ambientes de trabalho, na escola e nas atividades de lazer. Porém, a manutenção prolongada dessa posição ocasiona a adoção de posturas inadequadas e sobrecarrega as estruturas do sistema musculoesquelético, o que pode acarretar dor e lesão na coluna lombar. A presente revisão teve como objetivo identificar os fatores biomecânicos, ergonômicos e clínicos envolvidos na sustentação da postura sentada. Para isso, foram consultadas as bases de dados ISI Web of Knowledge, Medline, Pubmed e EBSCO Host, sendo selecionados 72 artigos publicados entre 1965 e 2010. Foi possível identificar que na posição sentada não existe uma postura ideal a ser sustentada, mas algumas posturas são mais recomendadas do que outras, tal como a postura sentada ereta e a postura lordótica. As cadeiras influenciam o padrão da posição sentada: conforme seu design, pode permitir maior variedade de posturas. Modificações na cadeira e a utilização de exercícios para o aumento da resistência muscular e da propriocepção, bem como a reeducação postural, são intervenções úteis para reduzir o impacto causado pela posição sentada prolongada no sistema musculoesquelético.

Influência da fadiga no comportamento neuromuscular do quadríceps femoral, após reconstrução do ligamento cruzado anterior

Muscle fatigue is a phenomenon that promotes physiological and biomechanical disorders and their changes in healthy subjects have been widely studied and have significant importance for care in preventing injuries, but we do not have many information about its effects in patients after ACL reconstruction. Thus, this study is to analyze the effects of fatigue on neuromuscular behavior of quadriceps after ACL reconstruction. To reach this objective, participants were forty men, twenty healthy (26,90 ± 6,29 years) and twenty after ACL reconstruction (29,75 ± 7,01 years) with a graft of semitendinosus and gracilis tendons, between four to six months after surgery. At first, there was an assessment of joint position sense (JPS) at the isokinetic dynamometer at a speed of 5°/s and target angle of 45° to analyze the absolute error of JPS. Next, we applied the a muscle fatigue protocol, running 100 repetitions of isokinetic knee flexion-extension at 90°/s. Concurrently with this protocol, there was the assessment of muscle performance, as the peak torque (PT) and fatigue index, and electromyographic activity (RMS and median frequency). Finally, we repeated the assessment of JPS. The statistical analysis showed that patients after ACL reconstruction have, even under normal conditions, the amended JPS compared with healthy subjects and that after fatigue, both have disturbances in the JPS, but this alteration is significantly exacerbated in patients after ACL reconstruction. About muscle performance, we could notice that these patients have a lower PT, although there are no differences between the dynamometric and EMG fatigue index. These findings show the necessity about the cares of pacients with ACL reconstruction in respect of the risks of articulate instability and overload in ligamentar graft

Efeito do tempo de repouso após fadiga induzida no desempenho neuromuscular do quadríceps femoral: ensaio clínico, controlado, randomizado, cego

Objective: To evaluate the effect of different resting periods, after induced muscle fatigue, in the quadriceps femoris neuromuscular performance, in healthy subjects. Methods: Sixty-four volunteers, of both genders, with an average of 21,8 ± 1,7 years and mean body mass index of 24,2 ± 3,7 Kg/m2 were randomly assigned into 4 groups: control group (was not induced fatigue); Experimental Group 1 (Exp. 1 1 minute of rest after fatigue); Experimental Group 3 (Exp. 3 3 minutes of rest after fatigue) and Experimental Group 5 (Exp. 5 5 minutes of rest after fatigue). The subjects were evaluated to the knee´s joint position sense (JPS), followed by 5 flexion-extension knee concentric isokinetic contractions at 60°/s, with concomitant recording of median frequency (Fmed) of rectus femoris (RF), vastus lateralis (VL) and vastus medialis (VM). Then they underwent a muscle fatigue protocol (30 flexion-extension knee concentric contractions at 60°/s) and were reevaluated on the isokinetic performance, Fmed and JPS. Blood lactate levels were measured before initial assessment, immediately after the fatigue protocol and 5 minutes after the end of the rest period. Results: The adoption of 3 minutes of rest was sufficient to restore the initial conditions for the peak torque normalized by body weight and the VL and VM Fmed. The joint position sense returned to its initial values with 1 minute rest. The lactate concentration remained high regardless of the adopted rest period. Conclusion: The use of 3-minute rest period is sufficient for the reestablishment of the neuromuscular parameters to the pre fatigue values.

Dynamics of inter-modality re-weighting during human postural control

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Efeito de um programa de treinamento de facilitação neuromuscular proprioceptiva sobre a mobilidade torácica

A proposta deste estudo foi analisar o efeito de um programa de treinamento de membros superiores baseado nas técnicas de facilitação neuromuscular proprioceptiva (FNP) sobre a mobilidade torácica. Foram estudadas 24 voluntárias sedentárias, idade 22,9 ± 2,9 anos, divididas em grupo controle (GC), que não participou do treinamento, e grupo treinado (GT). O protocolo de treinamento físico foi constituído por um programa de exercícios de FNP, realizado três vezes por semana, durante quatro semanas. Os dois grupos foram submetidos à avaliação da mobilidade torácica por meio de cirtometria, antes e após o período de treinamento. Os dados colhidos foram analisados estatisticamente, com nível de significância α = 5%. Os valores da cirtometria axilar e xifoideana do GC antes e após o período de intervenção não apresentaram alterações significativas (p>0,05). No GT os valores das variáveis foram significantemente maiores após a intervenção (p<0,05). em conclusão, o protocolo de FNP utilizado parece ser um programa de exercícios eficiente, por promover aumento na cirtometria em um curto período de tempo, sugerindo que pode ser utilizado como recurso fisioterapêutico para o desenvolvimento da mobilidade torácica.

Controle postural em pacientes com lesão do ligamento cruzado anterior

A lesão do ligamento cruzado anterior (LCA) do joelho acarreta alterações somatosensoriais em função da perda de informações provenientes dos mecanorreceptores presentes no LCA. Esses receptores constituem importante fonte de informação sensorial, afetando o desempenho de vários atos motores, dentre os quais o controle postural. O estudo objetivou analisar o controle postural de indivíduos com joelhos normais e com lesão unilateral do LCA. Participaram 15 voluntários com lesão do LCA (grupo lesado) e 15 voluntários com joelhos normais (grupo controle). O controle postural foi analisado por plataforma de força, sendo o voluntário instruído a assumir a situação experimental em apoio unipodal direito e esquerdo, posicionado no centro da plataforma de modo estático e com os olhos fechados. A plataforma de força forneceu informações de forças e momentos no eixo vertical e horizontal, a partir das quais foi obtida a área de deslocamento do centro de pressão nas direções ântero-posterior e médio-lateral. Os resultados mostram que indivíduos com lesão do LCA apresentaram maior amplitude média de oscilação comparados aos do grupo controle, sugerindo que o deficit no controle postural seja devido à perda de informações proprioceptivas nos indivíduos com LCA. Esses resultados têm implicações para a abordagem clínica de indivíduos com lesão do LCA.

Voz do cantor lírico e coordenação motora: uma intervenção baseada em Piret e Béziers

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)