Étude multimodale de la consolidation d’habiletés motrices à ‎l’aide de l’IRMf et de l’EEG

La consolidation est le processus qui transforme une nouvelle trace mnésique labile en ‎une autre plus stable et plus solide. Une des tâches utilisées en laboratoire pour ‎l’exploration de la consolidation motrice dans ses dimensions comportementale et ‎cérébrale est la tâche d’apprentissage de séquences motrices. Celle-ci consiste à ‎reproduire une même série de mouvements des doigts, apprise de manière implicite ou ‎explicite, tout en mesurant l’amélioration dans l’exécution. Les études récentes ont ‎montré que, dans le cas de l’apprentissage explicite de cette tâche, la consolidation de la ‎trace mnésique associée à cette nouvelle habileté dépendrait du sommeil, et plus ‎particulièrement des fuseaux en sommeil lent. Et bien que deux types de fuseaux aient ‎été décrits (lents et rapides), le rôle de chacun d’eux dans la consolidation d’une ‎séquence motrice est encore mal exploré. En effet, seule une étude s’est intéressée à ce ‎rôle, montrant alors une implication des fuseaux rapides dans ce processus mnésique ‎suite à une nuit artificiellement altérée. D’autre part, les études utilisant l’imagerie ‎fonctionnelle (IRMf et PET scan) menées par différentes équipes dont la notre, ont ‎montré des changements au niveau de l’activité du système cortico-striatal suite à la ‎consolidation motrice. Cependant, aucune corrélation n’a été faite à ce jour entre ces ‎changements et les caractéristiques des fuseaux du sommeil survenant au cours de la nuit ‎suivant un apprentissage moteur. Les objectifs de cette thèse étaient donc: 1) de ‎déterminer, à travers des enregistrements polysomnographiques et des analyses ‎corrélationnelles, les caractéristiques des deux types de fuseaux (i.e. lents et rapides) ‎associées à la consolidation d’une séquence motrice suite à une nuit de sommeil non ‎altérée, et 2) d’explorer, à travers des analyses corrélationnelles entre les données ‎polysomnographiques et le signal BOLD (« Blood Oxygenated Level Dependent »), ‎acquis à l’aide de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), ‎l’association entre les fuseaux du sommeil et les activations cérébrales suite à la ‎consolidation de la séquence motrice. Les résultats de notre première étude ont montré ‎une implication des fuseaux rapides, et non des fuseaux lents, dans la consolidation ‎d’une séquence motrice apprise de manière explicite après une nuit de sommeil non ‎altérée, corroborant ainsi les résultats des études antérieures utilisant des nuits de ‎sommeil altérées. En effet, les analyses statistiques ont mis en évidence une ‎augmentation significative de la densité des fuseaux rapides durant la nuit suivant ‎l’apprentissage moteur par comparaison à la nuit contrôle. De plus, cette augmentation ‎corrélait avec les gains spontanés de performance suivant la nuit. Par ailleurs, les ‎résultats de notre seconde étude ont mis en évidence des corrélations significatives entre ‎l’amplitude des fuseaux de la nuit expérimentale d’une part et les gains spontanés de ‎performance ainsi que les changements du signal BOLD au niveau du système cortico-‎striatal d’autre part. Nos résultats suggèrent donc un lien fonctionnel entre les fuseaux ‎du sommeil, les gains de performance ainsi que les changements neuronaux au niveau ‎du système cortico-striatal liés à la consolidation d’une séquence motrice explicite. Par ‎ailleurs, ils supportent l’implication des fuseaux rapides dans ce type de consolidation ; ‎ceux-ci aideraient à l’activation des circuits neuronaux impliqués dans ce processus ‎mnésique et amélioreraient par la même occasion la consolidation motrice liée au ‎sommeil.‎

Neural substrates and functional connectivity associated with sleep-dependent and independent consolidation of new motor skills

La mémoire n’est pas un processus unitaire et est souvent divisée en deux catégories majeures: la mémoire déclarative (pour les faits) et procédurale (pour les habitudes et habiletés motrices). Pour perdurer, une trace mnésique doit passer par la consolidation, un processus par lequel elle devient plus robuste et moins susceptible à l’interférence. Le sommeil est connu comme jouant un rôle clé pour permettre le processus de consolidation, particulièrement pour la mémoire déclarative. Depuis plusieurs années cependant, son rôle est aussi reconnu pour la mémoire procédurale. Il est par contre intéressant de noter que ce ne sont pas tous les types de mémoire procédurale qui requiert le sommeil afin d’être consolidée. Entre autres, le sommeil semble nécessaire pour consolider un apprentissage de séquences motrices (s’apparentant à l’apprentissage du piano), mais pas un apprentissage d’adaptation visuomotrice (tel qu’apprendre à rouler à bicyclette). Parallèlement, l’apprentissage à long terme de ces deux types d’habiletés semble également sous-tendu par des circuits neuronaux distincts; c’est-à-dire un réseau cortico-striatal et cortico-cérébelleux respectivement. Toutefois, l’implication de ces réseaux dans le processus de consolidation comme tel demeure incertain. Le but de cette thèse est donc de mieux comprendre le rôle du sommeil, en contrôlant pour le simple passage du temps, dans la consolidation de ces deux types d’apprentissage, à l’aide de l’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle et d’analyses de connectivité cérébrale. Nos résultats comportementaux supportent l’idée que seul l’apprentissage séquentiel requiert le sommeil pour déclencher le processus de consolidation. Nous suggérons de plus que le putamen est fortement associé à ce processus. En revanche, les performances d’un apprentissage visuomoteur s’améliorent indépendamment du sommeil et sont de plus corrélées à une plus grande activation du cervelet. Finalement, en explorant l’effet du sommeil sur la connectivité cérébrale, nos résultats démontrent qu’en fait, un système cortico-striatal semble être plus intégré suite à la consolidation. C’est-à-dire que l’interaction au sein des régions du système est plus forte lorsque la consolidation a eu lieu, après une nuit de sommeil. En opposition, le simple passage du temps semble nuire à l’intégration de ce réseau cortico-striatal. En somme, nous avons pu élargir les connaissances quant au rôle du sommeil pour la mémoire procédurale, notamment en démontrant que ce ne sont pas tous les types d’apprentissages qui requièrent le sommeil pour amorcer le processus de consolidation. D’ailleurs, nous avons également démontré que cette dissociation de l’effet du sommeil est également reflétée par l’implication de deux réseaux cérébraux distincts. À savoir, un réseau cortico-striatal et un réseau cortico-cérébelleux pour la consolidation respective de l’apprentissage de séquence et d’adaptation visuomotrice. Enfin, nous suggérons que la consolidation durant le sommeil permet de protéger et favoriser une meilleure cohésion au sein du réseau cortico-striatal associé à notre tâche; un phénomène qui, s’il est retrouvé avec d’autres types d’apprentissage, pourrait être considéré comme un nouveau marqueur de la consolidation.

How Transcranial Direct Current Stimulation Can Modulate Implicit Motor Sequence Learning and Consolidation: A Brief Review

The purpose of this review is to investigate how transcranial direct current stimulation(tDCS)can modulate implicit motor sequence learning and consolidation. So far, most of the studies have focused on the modulating effect of tDCS for explicit motor learning. Here, we focus explicitly on implicit motor sequence learning and consolidation in order to improve our understanding about the potential of tDCS to affect this kind of unconscious learning. Specifically, we concentrate on studies with the serial reaction time task (SRTT), the classical paradigm for measuring implicit motor sequence learning. The influence of tDCS has been investigated for the primary motor cortex, the premotor cortex, the prefrontal cortex, and the cerebellum. The results indicate that tDCS above the primary motor cortex gives raise to the most consistent modulating effects for both implicit motor sequence learning and consolidation.

Property Agents and Motor Dealers Act : strike three

The Tourism, Racing and Fair Trading (Miscellaneous Provisions) Act 2002 (“the Act”) which was passed on 18 April 2002 contains a number of significant amendments relevant to the operation of the Property Agents and Motor Dealers Act 2000. The main changes relevant to property transactions are: (i) Changes to the process for appointment of a real estate agent and consolidation of the appointment forms; (ii) Additions to the disclosure obligation of agents and property developers; (iii) Simplification of the process for commencing the cooling off period; (iv) Alteration of the common law position concerning when the parties are bound by a contract; (v) Removal of the requirement for a seller’s signature on the warning statement to be witnessed; (vi) Retrospective amendment of s 170 of the Body Corporate and Community Management Act 1997; (vii) Inclusion of a new power to allow inspectors to enter the place of business of a licensee or a marketeer without consent and without a warrant; and (viii) Inclusion of a new power for inspectors to require documents to be produced by marketeers. The majority of the amendments are effective from the date of assent, 24 April 2002, however, some of the amendments do not commence until a date fixed by proclamation. No proclamation has been made at the time of writing (2 May 2002). Where the amendments have not commenced this will be noted in the article. Before providing clients with advice, practitioners should carefully check proclamation details.

The role of the primary motor cortex during skill acquisition on a two-degrees-of-freedom movement task

One can partially eliminate motor skills acquired through practice in the hours immediately following practice by applying repetitive transcranial stimulation (rTMS) over the primary motor cortex. The disruption of acquired levels of performance has been demonstrated on tasks that are ballistic in nature. The authors investigated whether motor recall on a discrete aiming task is degraded following a disruption of the primary motor cortex induced via rTMS. Participants (N = 16) maintained acquired performance levels and patterns of muscle activity following the application of rTMS. despite a reduction in corticospinal excitability. Disruption of the primary motor cortex during a consolidation period did not influence the retention of acquired skill in this type of discrete visuomotor task.

Facteurs influençant la consolidation et l’apprentissage d’une habileté motrice chez l’humain

La pratique physique a longtemps été perçue comme le déterminant premier de l’apprentissage du mouvement. Souvent exprimée par l’expression « Vingt fois sur le métier remettez votre ouvrage», cette idée se base sur l’observation qu’une grande quantité de pratique est nécessaire pour maîtriser un geste technique complexe. Bien que l’importance de la pratique physique pour l’apprentissage du mouvement demeure indéniable, il a récemment été démontré que les changements neurobiologiques qui constituent les bases de la mémoire prennent place après la pratique. Ces changements, regroupés sous le terme « consolidation », sont essentiels à la mise en mémoire des habiletés motrices. L’objectif de cette thèse est de définir les processus de consolidation en identifiant certains facteurs qui influencent la consolidation d’une habileté motrice. À l’aide d’une tâche d’adaptation visuomotrice comportant deux niveaux de difficulté, nous avons démontré qu’une bonne performance doit être atteinte au cours de la séance de pratique pour enclencher certains processus de consolidation. De plus, nos résultats indiquent que l’évaluation subjective que l’apprenant fait de sa propre performance peut moduler la consolidation. Finalement, nous avons démontré que l’apprentissage par observation peut enclencher certains processus de consolidation, indiquant que la consolidation n’est pas exclusive à la pratique physique. Dans l’ensemble, les résultats des études expérimentales présentées dans cette thèse montrent que la consolidation regroupe plusieurs processus distincts jouant chacun un rôle important pour l’apprentissage du mouvement. Les éducateurs physiques, les entraineurs sportifs et les spécialistes de la réadaptation physique devraient donc planifier des entrainements favorisant non seulement l’acquisition de gestes moteurs mais également leur consolidation.

Effet de la pratique mixte sur les processus de consolidation lors de l'apprentissage concomitant de deux tâches interférentes.

Si les bénéfices de la pratique physique sur l’apprentissage moteur ne sont plus à démontrer, de nombreuses études s’accordent sur le fait qu’il est également possible d’apprendre une nouvelle habileté en observant un modèle qui réalise la tâche à apprendre. De plus, plusieurs chercheurs ont montré que les mécanismes permettant l’acquisition d’une nouvelle habileté motrice par pratique physique et par observation sont semblables. Or, l’apprentissage se poursuit au-delà des séances de pratique par des « processus de consolidation » essentiels pour que les habiletés pratiquées soient retenues à long terme. À cet effet, Trempe, Sabourin, Rohbanfard et Proteau (2011), ont montré que la consolidation ne s'effectuait pas de la même façon selon que la pratique était faite physiquement ou par observation. Par conséquent, nous avons tenté de déterminer si pratiquer une tâche par pratique physique et l’autre par observation permet d'optimiser l'apprentissage concomitant de ces deux tâches bien qu’elles soient normalement interférentes. Nos résultats ont montré que la tâche A causait une interférence antérograde sur la tâche B peu importe le type de pratique effectué, ce qui suggère que les processus de consolidation prenant place suite à l’observation sont plutôt similaires à ceux qui prennent place suite à la pratique physique. Ainsi, il semble que la pratique mixte ne permet pas de réduire les interférences lors de l’apprentissage de deux tâches semblables.

Microinjection of histamine into the cerebellar vermis impairs emotional memory consolidation in mice

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Interference during the implicit learning of two different motor sequences

It has been demonstrated that learning a second motor task after having learned a first task may interfere with the long-term consolidation of the first task. However, little is known about immediate changes in the representation of the motor memory in the early acquisition phase within the first minutes of the learning process. Therefore, we investigated such early interference effects with an implicit serial reaction time task in 55 healthy subjects. Each subject performed either a sequence learning task involving two different sequences, or a random control task. The results showed that learning the first sequence led to only a slight, short-lived interference effect in the early acquisition phase of the second sequence. Overall, learning of neither sequence was impaired. Furthermore, the two processes, sequence-unrelated task learning (i.e. general motor training) and the sequence learning itself did not appear to interfere with each other. In conclusion, although the long-term consolidation of a motor memory has been shown to be sensitive to other interfering memories, the present study suggests that the brain is initially able to acquire more than one new motor sequence within a short space of time without significant interference.

Offline consolidation in implicit sequence learning

The goal of this study was to investigate offline memory consolidation with regard to general motor skill learning and implicit sequence-specific learning. We trained young adults on a serial reaction time task with a retention interval of either 24 hours (Experiment 1) or 1 week (Experiment 2) between two sessions. We manipulated sequence complexity (deterministic vs. probabilistic) and motor responses (unimanual or vs. bimanual). We found no evidence of offline memory consolidation for sequencespecific learning with either interval (in the sense of no deterioration over the interval but no further improvement either). However, we did find evidence of offline enhancement of general motor skill learning with both intervals, independent of kind of sequence or kind of response. These results suggest that general motor skill learning, but not sequence-specific learning, appears to be enhanced during offline intervals in implicit sequence learning.

The acquisition of skilled motor performance: Fast and slow experience-driven changes in primary motor cortex

Behavioral and neurophysiological studies suggest that skill learning can be mediated by discrete, experience-driven changes within specific neural representations subserving the performance of the trained task. We have shown that a few minutes of daily practice on a sequential finger opposition task induced large, incremental performance gains over a few weeks of training. These gains did not generalize to the contralateral hand nor to a matched sequence of identical component movements, suggesting that a lateralized representation of the learned sequence of movements evolved through practice. This interpretation was supported by functional MRI data showing that a more extensive representation of the trained sequence emerged in primary motor cortex after 3 weeks of training. The imaging data, however, also indicated important changes occurring in primary motor cortex during the initial scanning sessions, which we proposed may reflect the setting up of a task-specific motor processing routine. Here we provide behavioral and functional MRI data on experience-dependent changes induced by a limited amount of repetitions within the first imaging session. We show that this limited training experience can be sufficient to trigger performance gains that require time to become evident. We propose that skilled motor performance is acquired in several stages: “fast” learning, an initial, within-session improvement phase, followed by a period of consolidation of several hours duration, and then “slow” learning, consisting of delayed, incremental gains in performance emerging after continued practice. This time course may reflect basic mechanisms of neuronal plasticity in the adult brain that subserve the acquisition and retention of many different skills.