Soutenance de thèse de Alix RENAULT

Ecole Doctorale
Sciences du Mouvement Humain
Spécialité
Sciences du Mouvement Humain - MRS
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Représentations internes,Proprioception,Adaptation sensorimotrice,Cognition spatiale,Transfert inter-membre,Désafférentation
Keywords
Internal representations,Proprioception,Sensorimotor adaptation,Spatial cognition,Inter-limb transfer,Deafferentation
Titre de thèse
Influence des représentations internes sur l'adaptation sensorimotrice et la cognition spatiale. Effets de la proprioception et de la variabilité inter-individuelle.
Influence of internal representations on sensorimotor adaptation and spatial cognition. Effects of proprioception and inter-individual variability.
Date
Wednesday 12 December 2018 à 14:00
Adresse
Faculté des sciences du sport - 163 Avenue de Luminy - Case 910 - 13288 Marseille 9
Amphitéâtre Jacques Paillard
Jury
Directeur de these M. Jean-Louis VERCHER Institut des Sciences du Mouvement Etienne-Jules Marey
Rapporteur Mme Carine MICHEL-COLENT Laboratoire INSERM U1093 - Université de Bourgogne
Rapporteur Mme Agnès ROBY-BRAMI Institut des Systèmes Intelligents et de Robotique - INSERM
Directeur de these M. Fabrice SARLEGNA Institut des Sciences du Mouvement Etienne-Jules Marey
Examinateur M. Philippe BOULINGUEZ Centre de Recherche en Neuroscience de Lyon (UMR 5292 CNRS-Inserm U1028) - Université Claude Bernard Lyon 1
Examinateur M. Bastien BERRET Laboratoire Complexité, Innovation, Activités Motrices et Sportives (CIAMS) - Université Paris-Sud

Résumé de la thèse

Comment réalisons-nous des mouvements volontaires ? Quels mécanismes nous permettent de saisir des objets ou de s’orienter dans un environnement ? Certains travaux suggèrent que des représentations au sein du système nerveux central sont à la base d’actions banales telles que des mouvements d’atteinte manuelle vers un objet ou de la mémorisation de la disposition d’un centre commercial. Cependant, la nature de ces représentations reste à clarifier. Pour ce qui concerne le contrôle des mouvements du membre supérieur, deux principaux types de représentations du mouvement ont été proposés avec des représentations selon un système de coordonnées extrinsèque et un système intrinsèque. Pour ce qui concerne la représentation de l’espace, deux systèmes de coordonnées pourraient être utilisés : un système allocentré et un système égocentré. L’objectif de cette thèse était de clarifier la nature des représentations utilisées pour le contrôle sensorimoteur et la cognition spatiale. Nous nous sommes également intéressés aux modalités sensorielles impactant à la fois le contrôle sensorimoteur et la cognition spatiale, en se concentrant sur la vision et la proprioception. Pour étudier les représentations à la base du contrôle sensorimoteur, nous nous sommes appuyés sur une méthode classique d’adaptation sensorimotrice, l’adaptation à une perturbation prismatique, afin de déterminer les systèmes de coordonnées utilisés dans un contexte de transfert d’adaptation inter-membre. Notre première étude a révélé que le transfert inter-membre d’adaptation prismatique était lié aux caractéristiques individuelles des participants telles que la vitesse et la variabilité du geste. Les participants les plus rapides et variables présentaient un transfert compatible avec des représentations de l’action dans un système de coordonnées intrinsèque tandis que les participants les moins rapides et variables présentaient un transfert suivant un système de coordonnées extrinsèque. Afin de déterminer l’impact que la proprioception peut avoir sur les représentations du mouvement et de l’espace, nous avons étudié l’influence de la perte de la proprioception en travaillant avec deux rares participants (GL et IW), dits désafférentés. Notre deuxième étude a caractérisé les mouvements réalisés par ces participants désafférentés avec le membre dominant et le membre non-dominant par rapport à des contrôles. Les résultats ont souligné un important déficit moteur chez ces deux participants désafférentés qui sont tous deux plus variables avec le membre non-dominant. De plus, le geste de GL et IW est réorganisé par rapport aux contrôles, avec une vitesse plus importante et une atteinte du pic de vitesse plus précoce. Notre troisième étude a exploré les représentations de l’action via l’adaptation prismatique et montre que pour les contrôles et IW, un référentiel de type extrinsèque a été utilisé dans le cadre du transfert inter-membre. L’influence de la perte massive de proprioception a été particulièrement marquée pour GL dont les résultats soulignent l’importance de la proprioception pour la planification et l’adaptation sensorimotrice. Enfin, notre quatrième étude visait à examiner l’influence de la proprioception sur la capacité à se représenter l’espace. Aucun effet significatif du type de système de coordonnées (allocentré vs égocentré) n’a été trouvé mais le temps de réaction des participants désafférentés était plus long que les contrôles, suggérant que la proprioception joue un rôle dans la représentation de l’espace. L’ensemble de ces résultats suggèrent que la proprioception est un sens contribuant au contrôle de la motricité mais dont l’influence sur la cognition spatiale reste à clarifier. L’idiosyncrasie relevée au cours de ces travaux représente certainement un challenge pour la caractérisation des invariants du comportement mais pourrait aussi être exploitée pour une meilleure compréhension du contrôle sensorimoteur et de la cognition spatiale.

Thesis resume

How do we achieve voluntary movements? What mechanisms allow us to grasp objects or orient ourselves in an environment? Previous work suggests that representations within the central nervous system underlie trivial actions such as reaching movements toward an object or memorizing the layout of a shopping center. However, the nature of these representations remains unclear. Regarding the control of upper limb movements, two main types of movement representations have been proposed, with representations according to an extrinsic coordinate system (representations referred to a normed space, right/left, up/down...) and an intrinsic system (representations referred to muscles and joints, flexion/extension, abduction/adduction...). With respect to the spatial representation of an environment such as a park, two coordinate systems could be used: an allocentric system (with references between landmarks, in a cartesian or polar space) and an egocentric system (with references to its own body). The aim of this thesis was to clarify the nature of the representations used for sensorimotor control and spatial cognition. We were also interested in how sensory modalities impact both sensorimotor control and spatial cognition, and we specifically focused on vision and proprioception. To study the representations underlying sensorimotor control, we relied on a classical method of sensorimotor adaptation, the adaptation to a prismatic perturbation, in order to determine the coordinate systems used in a context of inter-limb transfer of adaptation. Our first study revealed that inter-limb transfer of prismatic adaptation was related to participants’ individual characteristics such as movement speed and variability. The fastest and most variable participants had a transfer consistent with representations in an intrinsic coordinate system while the slowest and least variable participants had a transfer in an extrinsic coordinate system. To determine the impact that proprioception may have on the movement and spatial representations, we studied the influence of proprioceptive loss by working with two rare participants (GL and IW) who are deafferented as they suffered a massive yet specific loss of large afferent fibers. Our second study characterized the movements made by these deafferented participants with the dominant arm and the non-dominant arm compared to age-matched controls. Results highlighted significant motor deficit in these two deafferented participants who both were more variable with the non-dominant limb. In addition, analysis of the velocity profiles revealed a substantial kinematic reorganization of the movements for both GL and IW with respect to controls, with a higher and earlier peak velocity. Our third study explored the representations of the action with prismatic adaptation and the assessment of the inter-limb transfer showed that for the controls and IW, an extrinsic reference type was used. The influence of the massive loss of proprioception was particularly marked for GL whose results emphasize the importance of proprioception for planning and sensorimotor adaptation. Finally, our fourth study examined the influence of proprioception on the ability to do a spatial representation. No significant effect of the coordinate system type (allocentric vs. egocentric) was found, but the reaction time of the deafferented participants was longer than controls, suggesting that proprioception plays a role in the spatial representation. Overall, our results suggest that proprioception is a sensory modality that contributes to the control of motor skills but its influence on spatial cognition remains to be clarified. The idiosyncrasy noted during this work certainly represents a challenge for the characterization of behavioural invariants, but it could be exploited for a better understanding of sensorimotor control and spatial cognition.