UPThèses

De nombreuses études ont montré que l’activité physique régulière et le niveau de condition physique étaient associés à la performance cognitive et plus particulièrement aux fonctions exécutives. Parmi les nombreux mécanismes physiologiques qui sous-tendent cette association, l’oxygénation du cortex préfrontal semble avoir un rôle majeur. Il est bien établi que l'impact spécifique de l'oxygénation préfrontale sur le lien entre l’activité physique et la cognition est influencé par certains facteurs comme le sexe, l’âge, et la santé cardio-vasculaire. Ainsi, l'objectif de cette thèse était d'étudier l'impact de l'activité physique et du niveau de condition physique sur les fonctions exécutives au cours du vieillissement chez des hommes sains. L'influence de l'oxygénation du cortex préfrontal et de la santé cardiovasculaire sur la relation « niveau de condition physique – fonctions exécutives » a également été étudiée. A partir de la littérature existante, nous avons formulé l’hypothèse que l’activité physique et le profil cardiorespiratoire auraient des effets bénéfiques sur les fonctions exécutives chez les hommes jeunes et plus âgés, et que pour ces deux populations, l’oxygénation du cortex préfrontal et la santé cardiovasculaire seraient impliquées dans cette relation. Une revue de littérature et quatre études transversales ont été réalisées pour vérifier ces hypothèses. Notre revue de littérature chez les personnes âgées a indiqué que: • Un niveau de condition physique plus élevé est associé à de meilleures performances dans certains tests de fonction exécutive. • Un niveau de condition physique plus élevé est associé à une moindre rigidité artérielle, à une réactivité vasculaire plus élevée, et à une plus grande amplitude de l'oxygénation cérébrale au cours de l'exercice ou d'une tâche cognitives. • Un plus grand volume de matière grise et une plus grande d’intégrité de la substance blanche sont liés àu profil cardiorespiratoire, mais moins systématiquement associés à l’activité physique. • Au moins de 12 semaines d'un programme d'exercice aérobie sont nécessaires pour obtenir un effet significatif sur les fonctions cognitives Nos études expérimentales nous ont permis de conclure que: Chez les jeunes hommes: • Les individus actifs obtenaient de meilleures performances dans les tâches exécutives que les inactifs et avaient un changement important dans l'oxygénation du cortex préfrontal lors des conditions les plus complexes de la tâche de Stroop. • Un niveau de condition physique plus élevé était liée à une meilleure performance en double tâche et une plus grande oxygénation des deux côtés du cortex préfrontal. Chez les hommes âgés: • Le niveau de condition physique n’est pas lié aux performances de Stroop ni à l’ oxygénation du cortex préfrontal. • Un niveau de condition physique plus élevé est lié à une meilleure performance et une plus grande oxygénation de cortex préfrontal droit au cours d’une tâche de Stroop dans le groupe de 61+ ans mais pas dans le groupe de 55-60 ans, ce qui suggère l'importance de la classification de groupe d'âge pour évaluer l'effet du niveau de condition physique sur les fonctions exécutives chez les hommes âgés. • Les hommes âgés ont des relations plus fortes entre plusieurs paramètres cardiovasculaires et la performance des tâches de Stroop que les jeunes hommes Cette projet de recherche montre que l'activité physique et le niveau de condition physique ont des effets positifs sur les fonctions exécutives chez les jeunes hommes et âgés, en particulier dans la tâche la plus complexes. L’oxygénation du cortex préfrontal et la santé cardiovasculaire modulent la relation entre l'activité physique et la cognition. Nous concluons que d’être physiquement actif ou d'avoir un meilleur niveau de condition physique donne des effets avantageux pour la santé vasculaire, l’oxygénation du cortex préfrontal, et les fonctions exécutives non seulement chez les hommes âgés, mais aussi chez les jeunes hommes.

Dans le cadre actuel de la médecine basée sur les faits, les avancées des neurosciences cognitives apportent de nouvelles techniques séduisantes en rééducation. Parmi elles, l'imagerie motrice a retenu notre attention en tant qu'outil d'évaluation de l'intégrité des processus sensorimoteurs, mais aussi en tant que technique d'apprentissage ou de réapprentissage du contrôle des mouvements. Elle semble donc particulièrement intéressante dans la rééducation du mouvement humain : la kinésithérapie (physiothérapie). Ce travail de thèse a été tout particulièrement motivé par des questions d'une part sur l'évolution dans le temps des capacités d'imagerie motrice (au cours d'une journée, du passage de l'âge adulte à un âge plus avancé) et la conséquence de cette évolution en pratique clinique, d'autre part sur la possibilité d'utiliser l'imagerie motrice implicite comme outil d'évaluation des capacités sensorimotrices des patients. Dans ce contexte, quatre études de cohortes et trois études randomisées contrôlées ont été effectuées chez des sujets seniors et/ou jeunes. La première partie de ce travail a permis de mettre en évidence la modulation des capacités d'imagerie motrice en fonction du moment de la journée chez les seniors et de proposer des suggestions pour l'organisation des séances par le praticien. La deuxième partie de ce travail a permis de valider l'intérêt de l'imagerie motrice implicite (tâche de rotation mentale de stimuli corporels) comme outil d'évaluation d'une pratique de kinésithérapie (le massage) et de mieux comprendre l'impact de différentes posologies (durée du massage, zone de massage) sur l'activation des processus sensorimoteurs. Enfin, dans la dernière partie de ce travail, les études menées apportent quelques éclaircissements sur les effets du vieillissement sur les processus sensorimoteurs et présentent quelques tâches d'imagerie motrice prometteuses à destination des praticiens pour compléter leur évaluation clinique. Pris dans son ensemble, ce travail s'inscrit dans le développement d'une recherche en rééducation pour améliorer la pertinence de la prise en charge au service des patients, notamment des patients âgés hospitalisés.

Ce travail de thèse repose sur l'analyse des processus impliqués dans l'apprentissage de nouveaux comportements moteurs, et sur l'étude de nos capacités à adapter notre comportement à de nouvelles situations. Nous avons réalisé une série de trois expériences où ont été utilisés des dispositifs expérimentaux permettant une analyse de mouvements discrets et continus. L'objectif principal qui a motivé ce travail était d'évaluer : 1) les variables d'apprentissage susceptibles d'influencer l'acquisition d'un geste discret et/ou continu (Expériences 1 et 2), et 2) la nature des représentations sensori-motrices dans l'apprentissage de séquences motrices (Expérience 3). Les données obtenues dans la première étude (Expériences 1 et 2) révèlent que la condition de pratique et/ou le niveau de similarité entre les tâches à apprendre sont susceptibles de moduler les processus intra- et/ou inter-tâches mis en jeu par l'apprenant au cours de la phase de pratique, et donc d'influencer l'apprentissage. De plus, nos résultats indiquent également que les facteurs condition de pratique et similarité des tâches interagissent avec le facteur quantité de pratique ; l'apprentissage de nouveaux comportements moteurs nécessite donc de prendre en considération l'ensemble de ces facteurs. Les résultats de l'Expérience 3 révèlent une prédominance du code visuo-spatial dans la représentation des séquences motrices, associée à une dépendance du système effecteur, quelle que soit la quantité de pratique. Nos résultats ne confirment pas l'hypothèse du passage progressif d'un codage de type visuo-spatial (effecteur indépendant) au début de la pratique (après 1 jour), à un codage de type moteur (effecteur

Le modèle bioénergétique de P.E. di PRAMPERO permet d'expliquer la performance dans les disciplines de locomotion (course à pied, cyclisme, natation, ...) à partir d'une puissance métabolique et d'un indice de la dépense d'énergie par unité de distance parcourue. Néanmoins, pour les épreuves de natation de haute intensité telles que le 100m crawl, le contexte environnemental rend l'estimation de la puissance métabolique d'origine aérobie techniquement difficile. L'objectif de cette thèse est alors de proposer une nouvelle approche des réponses aérobies d'un 100-m nage libre, réalisé dans des conditions les plus proches possible d'une compétition. Le travail expérimental a porté sur des nageurs entraînés. Dans un bassin de 25-m, la procédure propose que les nageurs réalisent une performance sur 100-m nage libre à allure de compétition et trois épreuves (25m, 50m, 75m) réitérant les mêmes allures intermédiaires que celles du 100-m. VO2 est mesuré avant et juste après chaque épreuve, pendant 1min, par rétro-extrapolation. Les valeurs de VO2 mesurées à la fin des épreuves de 25m, 50m, 75m et 100m permettent de reconstruire la cinétique de VO2 d'une épreuve de 100-m. Les résultats contrastent avec les estimations des cinétiques de VO2 publiées précédemment : VO2 augmente plus vite dans la première moitié de l'épreuve (à 50m, VO2 ≈ 94%VO2max), atteint 100 %VO2max au 75ème mètre de l'épreuve puis chute de 7% sur le dernier 25-m. Une estimation de la contribution relative du métabolisme aérobie montre également des valeurs plus importantes que celles publiées jusqu'à ce jour, du fait de l'atteinte précoce de VO2max en cours d'épreuve.

Chez les patients atteints de pathologies pulmonaires obstructives, le rétrécissement du calibre des bronches peut induire des perturbations fonctionnelles ventilatoires comme la limitation de débit expiratoire (LDE) et/ou l’hyperinflation pulmonaire (HP). Dans un tel contexte, l’équilibre métabolique pourrait être perturbé au sein du tissu musculaire intercostal, notamment à l’exercice, ce qui pourrait favoriser la survenue ou l’aggravation de la dyspnée. Pour simuler les perturbations ventilatoires que peuvent rencontrer les patients atteints de pathologies pulmonaires obstructives (e.g. résistance anormalement élevée des voies aériennes à l’expiration, LDE et HP), une pression expiratoire positive (PEP) de 20 cmH2O a été imposée au repos et à l’exercice chez des sujets sains. L’oxygénation des muscles intercostaux a été mesurée par spectroscopie dans le proche infrarouge au niveau du 7ème espace intercostal. Au repos, une diminution de la concentration en oxyhémoglobine ([O2Hb]) probablement liée à une baisse de la concentration en hémoglobine totale ([tHb], i.e. volume sanguin local) a été observée en réponse à la PEP (Étude 1). Toutefois, aucune diminution de l’indice de saturation tissulaire en oxygène (TSI) n’a été constatée (Études 1 à 3), y compris lorsque la PEP était à l’origine d’une HP (Étude 2). A l’exercice, une moindre augmentation de [O2Hb] et de [tHb] a été rapportée lorsque la PEP était imposée (vs. contrôle). Une diminution du TSI et de la capacité inspiratoire a aussi été observée entre le repos et l’exercice dans cette condition (Étude 3). D’après les résultats de nos études, lorsqu’une PEP de 20 cmH2O est imposée au repos chez de jeunes sujets sains, aucun déséquilibre métabolique ne semble se produire au niveau des muscles intercostaux. En revanche, lorsque cette PEP est imposée à l’exercice, une perturbation de l’équilibre métabolique semble avoir lieu. Cette dernière pourrait être en partie expliquée par des altérations hémodynamiques locales induites par l’HP. Toutefois, des études complémentaires sont nécessaires pour éclaircir cet aspect. Enfin, aucune relation entre la dyspnée et la condition métabolique des muscles intercostaux n’a été observée lors de nos études. En revanche, des corrélations entre l’inconfort respiratoire et les débits ventilatoires instantanés ont été mises en évidence au repos et à l’exercice lorsque la PEP était imposée (Études 1 et 3). Une relation entre la dyspnée et l’HP a aussi été observée au repos (Étude 2). Les travaux de recherche futurs auront pour objectif de vérifier, au repos et à l’exercice, si l’oxygénation des muscles intercostaux est influencée par l’HP chez des patients atteints de pathologies pulmonaires obstructives.

L’hypertension artérielle (HTA) est une pathologie fréquente à l’origine d’un grand nombre de complications cardiovasculaires. La sédentarité est aussi un facteur de risque important de morbi-mortalité cardiovasculaire, et à l’inverse, la pratique régulière d’une activité physique (AP) diminue très significativement ce risque, au-delà du bénéfice lié à la seule amélioration du niveau de pression artérielle (PA). L’AP est pour cela recommandée dans la prise en charge de l’HTA. Son action anti-hypertensive est observée en « aigu » au décours immédiat d’un exercice, mais aussi en « chronique » avec des adaptations induites par la répétition des séances : adaptations à la fois fonctionnelles (mécanismes de régulation de la PA) et structurelles (composants des vaisseaux). Face à la diversité des modalités d’AP disponibles (en aérobie ou en résistance, mode continu ou intermittent, à l’extérieur, en gymnase ou en piscine) et des envies et possibilités des patients, notre objectif était d’étudier, chez des personnes hypertendues, le bénéfice de modalités nouvelles (exercice intermittent à haute intensité (HIIE), exercice sur vélo en piscine), en privilégiant les mesures ambulatoires de PA. Notre recherche a ainsi identifié, par la réalisation d’une méta-analyse ainsi que de 3 études cliniques : A- concernant l’AP : 1- le bénéfice hypotenseur de l’HIIE au décours d’une session d’exercice, au décours d’un entraînement court de 2 semaines (3 sessions / semaine), et d’un programme complété de conseils diététiques de 9 mois (2 HIIE / semaine) ; 2- le bénéfice additionnel de sa pratique sur cyclo-ergomètre dans l’eau ; 3- un effet favorable sur la compliance artérielle (mesure de vitesse de l’onde de pouls, VOP). B- concernant le patient, des modérateurs favorables tels qu’une PA de repos ≥135/85 mm Hg, l’association de mesures diététiques. Ces éléments devraient contribuer à améliorer la prescription d’AP en cas d’HTA.

Ce travail de thèse, qui repose sur l'utilisation de la méthode d'amorçage (Rosenbaum & Kornblum, 1982), a pour objectif de vérifier la validité du modèle paramétrique de Rosenbaum (1980, 1983) et de déterminer les processus impliqués dans le cas où on se trouve face à une situation imprévue. La question qui se pose concernant ces processus est, d'une part, de savoir si notre système sensori-moteur déprogramme la totalité de ce qu'il avait traité et reprogramme le nouveau mouvement indépendamment des programmes antérieurs, ou au contraire s'il ne reprogramme que les paramètres erronés en gardant une trace des anciens programmes et, d'autre part, de savoir si dans ce dernier cas, la reprogrammation partielle se fait de façon sérielle ou parallèle. Dans une série de trois expériences, différentes méthodes d'analyse ont été utilisées : analyse des distributions de temps de réaction, delta plots et fonction de précision conditionnelle (étude 1), analyse des essais erronés (études 1 et 2) et enfin l'électromyographie (EMG, étude 3). L'ensemble de ces méthodes permettait une analyse fine des processus de déprogrammation-reprogrammation du mouvement. Les résultats de l'étude 1 révèlent que la déprogrammation n'est ni partielle ni totale et que la reprogrammation n'est faite de façon ni sérielle ni parallèle ; ceux de l'étude 2 révèlent que les résultats obtenus dans la première étude ne sont pas dus aux contraintes biomécaniques liées au mouvement utilisé. Dans l'étude 3, l'enregistrement EMG a permis de distinguer deux catégories d'essais : purs-corrects et incorrects-corrects. Dans ces derniers, on observe des activités EMG partielles précédant l'activation EMG de la réponse correcte (ébauche d'erreur). Les résultats révèlent que la déprogrammation dans les essais purs-corrects est totale. De plus, l'analyse des erreurs (études 1, 2) et celle des ébauches d'erreurs (étude 3) révèlent des traces de la réponse préparée dans ces réponses erronées.

Ce travail de thèse repose sur la combinaison de deux paradigmes de recherche en psychologie cognitive : la rotation mentale et les transferts intermodaux/inter-tâches. Dans notre première étude (Expériences 1a, 1b, 1c, 2a, et 2b), l'objectif était d'évaluer la dépendance/indépendance des traitements visuel et tactile, lors de tâches de rotation mentale : le Test des Rotations Mentales (Vandenberg & Kuse, 1978) et une tâche élémentaire de rotation mentale (Shepard & Metzler, 1971). En utilisant un plan expérimental intra-sujet, nous avons comparé quatre conditions expérimentales incluant des apprentissages intramodaux : 1. Visuel-Visuel ; 2. Tactile-Tactile, et des transferts intermodaux : 3. Visuel-Tactile ; 4. Tactile-Visuel. Les participants ont ainsi réalisé deux tâches successives dans des conditions sensorielles similaires ou différentes (session 1 et session 2). Nos résultats révèlent que la rotation mentale peut dépendre de processus de traitement des représentations spécifiques à la modalité sensorielle utilisée. Les informations découlant d'une expérience visuelle sont réutilisables dans la condition tactile, alors qu'à l'inverse, nous n'avons observé que très peu de transferts tactiles en condition visuelle. Les traitements visuels et tactiles, sur des objets tridimensionnels complexes, permettent ainsi le développement de stratégies d'imagerie mentale spécifiques (Visuel-Visuel-IM vs. Tactile-Spatial-IM), découlant de différents modes de traitements perceptifs (visuel-global vs. tactile-spatial)...

Ce travail examine la flexibilité de l'intégration multi-sensorielle dans ses aspects spatiaux et temporels. Dans un premier temps, nous nous intéressons à l'intégration des informations visuelles et proprioceptives dans la localisation d'une position. La performance est étudiée dans une tâche de reproduction passive d'une position spatiale (Exp. 1) en croisant trois modalités d'encodage et de reproduction (visuelle, proprioceptive, visuo-proprioceptive). Dans un second temps, nous nous intéressons à l'intégration des informations visuelles et auditives au cours du temps. La performance est étudiée dans une double tâche de temps de réaction de choix visuoauditive. Deux tâches visuo-manuelle et auditivo-manuelle et une double tâche visuo- et auditivo-manuelle sont proposées en manipulant l'ordre de présentation des stimuli (Exp. 2), en introduisant une amorce sur l'ordre de présentation des stimuli (Exp. 3) et en recourant à une population d'experts en "Counter strike" (Exp. 4). Les principaux résultats ont montré que la similarité et la richesse bimodale des phases d'encodage et de reproduction sont optimales pour la local isation d'une position (Exp. 1). L'intégration visuo-auditive au cours du temps est influencée par les différences individuelles, en partie par la fiabilité de la modalité sensorielle et l'ordre de présentation des stimuli, et par l'expertise individuelle (Exp. 2, 3, 4). L'ensemble de ce travail met en évidence une flexibilité des processus d'intégration multi-sensorielle en fonction de multiples facteurs dont les uns agissent aussi bien sur l'intégration des informations spatiales que sur l'intégration des informations au cours du temps.

Ce travail de thèse visait à étudier les effets de l'immobilisation de courte durée d'un membre sur les processus cognitifs impliqués dans la planification et le contrôle des mouvements. Précisément, nous avons examiné l'impact d'une immobilisation de courte durée du membre supérieur (main droite ou gauche) sur la représentation mentale des actions de ce membre. Pour cela, nous avons eu recours à une tâche d'imagerie motrice implicite (rotation mentale de stimuli corporels), en partant du principe qu'un ensemble de processus cognitifs similaires sont sollicités que l'action soit réellement ou simplement simulée. Nos résultats indiquent que l'inactivité physique modifie le fonctionnement des processus cognitifs permettant la réalisation et l'optimisation des actions. L'immobilisation de courte durée du membre supérieur altère la capacité des sujets à se représenter mentalement des actions. L'effet de ces perturbations (changement de stratégie d'imagerie, transfert inter-membre…) peut varier d'un individu à l'autre, ainsi qu'en fonction des contraintes de la tâche d'imagerie implicite et de la durée de l'immobilisation. Un second objectif visait à examiner le potentiel de l'imagerie motrice explicite pour réactiver le système sensorimoteur suite à la période d'immobilisation de la main. Nous montrons qu'une pratique mentale en imagerie motrice kinesthésique pendant la période d'immobilisation permet de contrecarrer les perturbations fonctionnelles induite par la restriction d'exercice.