Soutenance de la thèse d’Amirhossein Jahani (Equipe CoMCo )

20 décembre 2019

Soutiendra sa thèse de doctorat intitulée :

Examen des modulations de l’activité bêta liées aux composantes sensorimotrice et cognitive de l’adaptation motrice

Lieu : Salle H Gastaud


Titre : Examen des modulations de l’activité bêta liées aux composantes sensorimotrice et cognitive de l’adaptation motrice

Jury :

  • Laurent Madelain, Université Lille III, Rapporteur
  • Julien Bastin, Université Grenoble Alpes, Rapporteur
  • Thomas Brochier, INT, Examinateur
  • Nicole Malfait, INT, Directrice

Résumé : Si le rôle des oscillations bêta (15-35Hz) demeure actuellement encore largement incertain, l’ensemble des travaux mené jusqu’à présent ont pu démontrer qu’elles sont impliquées dans des processus très divers, allant de processus sensorimoteurs à des fonctions sensorielles, perceptives et cognitives. L’objectif du présent travail de recherche a été de déterminer si des activités EEG bêta spatialement distinctes pouvaient être identifiées, reflétant respectivement des processus d’adaptation sensorimotrice « implicite » et des mécanismes cognitifs mobilisés par des stratégies « explicites » de réduction d’erreurs du mouvement. En effet, depuis les travaux fondateurs de Helmholtz (1867) sur l’adaptation prismatique, l’idée qu’au moins deux processus qualitativement distincts contribuent à l’adaptation motrice a été supportée par de nombreuses études. La réponse initiale ferait appel à des stratégies cognitives permettant de réduire rapidement les erreurs de mouvement. Le deuxième type de réponse interviendrait de manière lente et automatique en venant modifier au fil des essais les correspondances (« mapping ») sensorimotrices. Cette dernière représenterait la « véritable adaptation sensorimotrice ». Ici, nous avons analysé les oscillations EEG bêta pendant la phase de préparation du mouvement, c’est-à-dire au moment où ces différentes composantes de l’adaptation motrice interviennent. Des travaux (auxquels nous avons contribué) ont suggéré que l’activité bêta dans les régions latérales centro-pariétales est modifiée lorsque des mécanismes adaptatifs sensorimoteurs sont automatiquement activés par des erreurs d’exécution de mouvement induites par des perturbations visuelles ou mécaniques. Concernant les corrélats électrophysiologiques des ajustements comportementaux flexibles et délibérés, des travaux sur le primate non humain ont rapporté que l’activité bêta au sein des structures motrices médianes était modulée lorsque des actions délibérées doivent venir se substituer à des réponses motrices automatiques inefficaces. À la lumière de ces observations, nous avons émis l’hypothèse que l’activité bêta dans les régions latérales centro-pariétales reflète des processus d’adaptation sensorimotrice implicite, alors que l’activité bêta dans les aires motrices médiales est modulée en relation avec des processus cognitifs du contrôle du mouvement. Pour tester cette idée, nous avons enregistré l’activité EEG de participants effectuant des mouvements d’atteinte vers des cibles visuelles alors qu’une rotation visuelle était introduite de manière intermittente. Pour séparer les activités bêta dans les régions latérales centro-pariétales et médiales frontales, nous avons exploité une approche par analyse en composantes indépendantes (ACI). Conformément à notre hypothèse, nous avons observé que l’activité bêta dans les régions latérales était significativement modulée lorsqu’un changement dans les conditions visuelles induisait une modification des correspondances sensorimotrices, tandis que des changements de l’activité bêta dans les aires médiales étaient observés lorsque les participants avaient recours à une stratégie cognitive de réduction des erreurs de mouvement.

Abstract : While the role of beta oscillations (15-35Hz) is still largely uncertain, the work carried out so far has shown that they are involved in very diverse processes, ranging from sensorimotor processes to sensory, perceptual and cognitive functions. The objective of this research work was to determine whether spatially distinct beta EEG activities could be identified, reflecting respectively "implicit" sensorimotor adaptation processes and cognitive mechanisms mobilized by "explicit" movement error reduction strategies. Indeed, since Helmholtz’s (1867) seminal work on prismatic adaptation, the idea that at least two qualitatively distinct processes contribute to motor adaptation has been supported by numerous studies. The initial response would use cognitive strategies to quickly reduce movement errors. The second type of response would be a slow and automatic process by which the sensorimotor mapping would be updated. The latter would represent the "true sensorimotor adaptation". Here, we analysed EEG beta oscillations during the phase of movement preparation ; that is, when these different components of motor adaptation intervene. Research work (to which we have contributed) has suggested that beta activity in central-parietal lateral regions is modified when sensorimotor adaptive mechanisms are automatically activated by movement execution errors induced by visual or mechanical perturbations. Concerning electrophysiological correlates of flexible and deliberate behavioural adjustments, work on non-human primate has reported that beta activity within median motor structures is modulated when deliberate actions are required to replace ineffective automatic motor responses. In light of these observations, we hypothesized that beta activity in central-parietal lateral regions reflects implicit sensorimotor adaptation processes, while beta activity in medial motor areas is modulated in relation to cognitive mechanisms of movement control. To test this idea, we recorded EEG activity of participants performing reaching movements to visual targets while a visual rotation was introduced intermittently. To separate beta activities in lateral centro-parietal and medio-frontal regions, we used an approach based on independent component analysis (ICA). Consistent with our hypothesis, we observed that beta activity in the lateral regions was significantly modulated when a change in the visual condition induced an update of the sensorimotor mapping, while changes in beta activity in the medial areas were observed when participants used a cognitive strategy to reduce movement errors.

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