Soutenance de thèse de Chloe SUTTER

Notre capacité à percevoir les surfaces sur lesquelles nous nous trouvons ou que nous touchons fait intervenir des mécanismes périphériques et corticaux. Les afférences tactiles d'une partie du corps, comme le pied ou la main, sont générées par des déformations transitoires des tissus mous qui se produisent lorsque la peau interagit avec le monde extérieur. Le cerveau traite les informations tactiles afférentes liées à la surface en contact avec le corps afin de préparer et d'exécuter des actions motrices. La stimulation des récepteurs cutanés (i.e., mécanorécepteurs) provient du déplacement relatif de la peau et de la surface en contact, qui provoque des vibrations de différentes gammes de fréquences (vibrations induites par frottement, FIV). Cependant, une grande partie de la recherche dans le domaine du contrôle sensorimoteur a ignoré l'importance de cette interaction mécanique. Nous avons alors émis l'hypothèse qu'une surface biomimétique, inspirée à la fois des mécanorécepteurs et des empreintes digitales et plantaires (i.e., dermatoglyphes), pourrait améliorer le traitement des informations somatosensorielles et optimiser à la fois le contrôle moteur (i.e., l'équilibre, le transfert du poids du corps) et les représentations que les individus se font de leur corps et de l'environnement dans lequel l'action va se dérouler. Nous avons utilisé des techniques d'électroencéphalographie (EEG) et d'analyse du mouvement (e.g., accélération, forces....) pour évaluer la transmission de la périphérie jusqu’au niveau cortical et les processus sensoriels, ainsi que les réponses comportementales induites par ces informations sensorielles. La surface biomimétique s'est avérée la plus efficace pour générer des informations sensorielles fiables, en particulier pour améliorer l'efficacité de la réponse posturale en réaction à des perturbations passives de l’équilibre, notamment dans des conditions avec une charge cognitive élevée. L'avantage de la surface biomimétique par rapport à d'autres surfaces (e.g., striée, lisse) a également été observé en amont de la commande et de l'exécution motrice du mouvement, pendant la phase de planification motrice d’un mouvement auto-générée. L'augmentation du traitement des afférences tactiles pertinentes observée pendant la préparation motrice peut avoir amélioré la représentation du corps dans l'espace et son utilisation pour la planification du mouvement. Enfin, pour évaluer ces représentations motrices basées sur le toucher, nous avons combiné l'imagerie motrice et les approches mécaniques. Les participants ont été invités à s'imaginer explorer une surface tout en maintenant leur index sur un dispositif tactile simulant leur propre FIV enregistré précédemment lors de mouvements naturels. Cela nous a permis de démontrer qu’en fournissant aux participants leur propre retour sensoriel la suppression tactile liée au mouvement est partiellement atténuée pendant l'imagerie motrice. Ce mécanisme a permis de mettre à jour les représentations motrices dont on sait qu'elles s'estompent avec le temps. Mots clés : EEG, contrôle de l'équilibre, surface biomimétique, mécanorécepteurs, dermatoglyphes , imagerie motrice

Our ability to perceive different surfaces onto which we are standing on or that we are touching involves peripheral and cortical mechanisms. Tactile afferents from a body part (e.g., foot or hand) respond to transient deformations of soft tissue that occur when the skin interacts with the external world. The brain processes tactile afferent information related to the contacted surface with the body part to prepare and execute motor actions when standing on or rubbing surfaces. The stimulation of skin receptors (i.e., mechanoreceptors) comes from the relative displacement of the skin and the surface in contact, which evokes vibrations of different frequency ranges (friction induced vibration, FIV). However, much of the research in the field of sensorimotor control has ignored the importance of this mechanical interaction. We hypothesized that a biomimetic surface, inspired by both mechanoreceptors and finger(foot)prints (i.e., dermatoglyphs) characteristics, could improve the processing of somatosensory information and optimize both motor control (i.e., balance, bodyweight transfer) and motor representations that individuals built up of their body and environment in which the action will take place. We used electroencephalographic (EEG) and movement analyses techniques (e.g., acceleration, forces….) to assess the transmission and sensory processes from the periphery to the cortical level and the behavioral responses to the induced sensory information. The biomimetic surface proved to be most effective to generate reliable sensory information, especially for enhancing the efficiency of the postural response in reaction to passive stance perturbations and notably in conditions characterized by high cognitive load. The advantage of the biomimetic surface relative to other surfaces (e.g., grooved, smooth) was also observed upstream from motor command and movement execution, during the motor planning of self-generated motor action. The increase processing of relevant tactile inputs observed during the motor preparation may have enhanced a representation of the body in space and its use for movement planning. Finally, to assess tactile-based motor representations, we combined motor imagery and mechanical approaches by asking participants to image rubbing a surface while holding their index finger on a tactile device simulating the participants’ own FIV recorded previously during natural movements. This enabled us to demonstrate that movement-related tactile suppression is partly alleviated during motor imagery by providing participants’ own sensory feedback. This mechanism allowed updating motor representations which are known to fade with time. Keywords: EEG, balance control, biomimetic surface, mechanoreceptors, dermatoglyphs, motor imagery