Soutenance de thèse de Marie FABRE

La plupart de nos interactions quotidiennes avec l’environnement s’expriment par des mouvements dirigés vers un but. Ces derniers nécessitent de situer notre corps dans l’espace sur la base de représentations internes. Ces représentations de la position et du mouvement du corps dans l’espace sont en permanence mises à jour au niveau cortical par différentes informations sensorielles. Ainsi les informations tactiles de la sole plantaire jouent un rôle primordial dans cette mise à jour de la position du corps par rapport au support en contact avec la sole plantaire lors du maintien de l’équilibre ou de l’initiation d’un pas. L’objectif de cette thèse vise à comprendre les interactions entre les informations tactiles périphériques, les représentations du corps et les mécanismes corticaux impliqués pour assurer le maintien de l’équilibre et pour initier un pas. Nous avons émis l’hypothèse que lors du maintien de l’équilibre les larges oscillations posturales qui remplacent les oscillations de faible amplitude constituent une réponse fonctionnelle d’origine corticale à l’adaptation des mécanorécepteurs. En effet, des oscillations posturales faibles augmenteraient la pression appliquée sur les mécanorécepteurs. Cette pression, en diminuant la réponse des fibres tactiles réduirait la transmission sensorielle. Les plus grandes oscillations permettraient de ré-activer les informations tactiles plantaires. En utilisant la technique des potentiels évoqués somatosensoriels nous avons montré que lors des larges oscillations la transmission et les processus de traitement des informations tactiles augmentaient. De plus, les larges oscillations étaient précédées au niveau comportemental d’une réduction de l’aire d’oscillation entraînant probablement une augmentation de pression. Celle-ci s’exprime au niveau cortical par une diminution de l’activité des régions pariéto-centrales (i.e. diminution des traitements sensoriels) associée à une augmentation d’activité des aires prémotrices (i.e. génération des larges oscillations). Ainsi les larges oscillations seraient déclenchées par des mécanismes corticaux pour «réactiver» les mécanorécepteurs plantaires conditionnant la mise à jour de la représentation du corps dans l‘espace nécessaire au maintien de l’équilibre. Dans le cas où une réactivation des mécanorécepteurs est improbable lorsque la pression sur les mécanorécepteurs est importante comme chez la personne obèse, nous avons postulé qu’un programme d’activités visant à construire une représentation interne précise du corps dans l’espace faciliterait les processus corticaux de traitement et d’intégration sensorielle. Nos résultats montrent qu’après 15jours de ce programme, la facilitation sensorielle observée chez les personnes en santé pendant la préparation d’un pas est restaurée chez la personne obèse alors qu’elle faisait défaut en début de programme. Cette facilitation des processus sensoriels est associée à une augmentation de l’activité du cortex pariétal postérieur, lieu des représentations. Au niveau comportemental, une modification des ajustements posturaux anticipés précédant le pas est observée associée à une modification de l’image de soi. Ainsi, des réseaux centraux construits voire reconstruits par un programme d’activités compenseraient la diminution de la transmission tactile due à la compression constante des mécanorécepteurs plantaires. En effet, la suppression de la compression permanente des mécanorécepteurs chez les personnes obèses en allégeant artificiellement leur poids de corps se traduit par une transmission sensorielle augmentée. Une voie prometteuse que nous avons testée a été de réactiver des réseaux centraux impliqués dans la représentation du corps dans l’espace notamment dans le référentiel gravitaire. Ce référentiel classiquement construit par des informations vestibulaires, a pu être activé par des entrées gravitaires non-vestibulaires comme celles d’origine tactiles chez des patients vestibulo-lésés.

Most of our daily interactions with the environment are expressed through goal-oriented movements. These require us to orient our body in space on the basis of internal representations. These representations of the body’s position and movement in space are constantly updated at a cortical level by various sensory inputs. Thus, tactile information of the plantar sole play an essential role in updating the position of the body in relation to the support in contact with the plantar sole, when maintaining balance or initiating step. The aim of this thesis is to understand the interactions between peripheral tactile information, body representations and cortical mechanisms involved in balance control and step initiation. We hypothesized that during balance maintenance large postural oscillations that replace small amplitude oscillations constitute a functional response from the cortex for the adaptation of the mechanoreceptors. Indeed, small postural oscillations would increase the pressure applied to the mechanoreceptors. This pressure, by decreasing the response of the tactile sensors, would reduce sensory transmission. Larger oscillations would reactivate the plantar tactile information. Using the somatosensory evoked potentials technique, we showed that during large oscillations, the transmission and processing of tactile information increase. Moreover, large oscillations were preceded, at the behavioral level, by a reduction in the oscillation area, which probably led to an increase pressure. This is expressed at a cortical level by a decrease of parieto-central regions activity associated with an increase of the premotor areas activity. Thus, the large oscillations would be triggered by cortical mechanisms to "reactivate" the plantar mechanoreceptors which would allow the update of body representation in the space, necessary to maintain balance. In the case that the reactivation of the mechanoreceptors is unlikely when the pressure on the mechanoreceptors is too important, as in the obese person, we hypothesized that a program of activities aimed at constructing an accurate internal representation of the body in space would facilitate cortical processes of sensory treatment and integration. Our results showed that after 15 days of such program, the sensory facilitation observed in healthy people during the preparation of a step is restored in the obese person whereas it was lacking at the beginning of the program. This facilitation of sensory processes is associated with an increase in the posterior parietal cortex activity, which hosts these representations. At a behavioral level, a modification of the anticipated postural adjustments preceding the step is observed associated with the modification of body image. Thus, central networks constructed, or even reconstructed, by a program of activities would compensate for the decrease in tactile transmission due to the constant compression of the plantar mechanoreceptors. Indeed the suppression of the permanent compression of the mechanoreceptors in obese people by artificially unweighting their body weight, results in an increased sensory transmission. A promising way that we tested was to reactivate central networks involved in the representation of the body in space and particularly in the gravitational reference frame. This reference frame, classically constructed by vestibular information, could be activated by non-vestibular gravity information such as tactile information in patients with total vestibular loss.