Corticospinal control on spinal neuronal circuits during locomotion in humans

Cette thèse étudie la modulation des circuits neuronaux spinaux impliqués dans les fonctions motrices et leur contrôle corticospinal lors de la locomotion chez l’Homme sain et après accident vasculaire cérébral (AVC). Dans ce contexte, la stratégie utilisée a consisté à moduler les comportements de ces circuits en modifiant soit les volées afférentes d’origine suprasegmentaire ou les volées afférentes d’origine périphérique et d’étudier le retentissement de ces modifications sur le comportement des circuits neuronaux spinaux au cours de différentes tâches motrices dont la marche.Trois grands thèmes émergent de ce projet :« L’influence combinée des entrées corticospinales et de l’inhibition réciproque sur l’activité des motoneurones des fléchisseurs plantaires de la cheville » a été étudiée en station debout et lors de la marche stabilisée. Les résultats ont suggéré que l'interaction entre les motoneurones spinaux, les interneurones inhibiteurs Ia et les volées motrices corticospinales descendantes ainsi que leur contribution relative à l'activité des motoneurones des fléchisseurs plantaires de la cheville dépendent de la tâche motrice. Plus d’interaction entre les entrées descendantes et les interneurones Ia pendant la station debout était présente, probablement pour renforcer l’activation tonique des motoneurones du soléaire.« La modulation liée à la tâche de l’inhibition spinale croisée entre les membres inférieurs chez l’Homme » a été étudiée au niveau des muscles soléaires en position assise, debout et lors de la marche stabilisée. Nos résultats suggèrent que la transmission neurale croisée, via les interneurones commissuraux des groupes I et II, est déprimée par les entrées descendantes bilatérales du cortex moteur ou pendant le mouvement volontaire. La modulation spécifique de l’inhibition croisée du groupe II au cours de la locomotion suggère un contrôle des structures mésencéphaliques monoaminergiques et son rôle dans la coordination des jambes pendant la locomotion. « L’influence de la musique sur les automatismes locomoteurs après un Accident Vasculaire Cérébral » a été étudiée durant la marche stabilisée chez les patients atteints d’AVC. Nos résultats préliminaires suggèrent que l’écoute musicale modulerait les réseaux neuronaux médullaires impliqués dans les automatismes locomoteurs.This thesis investigates the modulation of spinal neuronal circuits involved in motor function and their corticospinal control during locomotion in healthy humans and after stroke. In this context, the strategy was to modulate the behavior of these circuits by modifying either the afferent volleys from suprasegmental origin or from peripheral origin and to study the impact of these changes on the behavior of spinal neuronal circuits during different motor tasks such as walking.Three major themes emerge from this project:« Combined influence of corticospinal inputs and reciprocal inhibition on ankle plantar flexor motoneuron activity during walking » was investigated during standing and during stabilized walking. The results suggested that the interaction between spinal motoneurons, Ia inhibitory interneurones and motor corticospinal descending volleys and their relative contribution to the activity of plantar flexor motoneurons of the ankle depend on the motor task. More interaction between descending inputs and Ia interneurones during standing was present, presumably to strengthen the tonic activation of the soleus motoneurons.« Task-related modulation of crossed spinal inhibition between human lower limbs» has been studied at the soleus muscles in sitting, standing and during stabilized walking. Our results suggest that crossed neural transmission via commissural interneurones of groups I and II, is depressed by bilateral descending inputs of motor cortex during voluntary movement. Specific modulation of the crossed inhibition by group II afferents during locomotion suggests a control from monoaminergic mesencephalic structures and its role in legs coordination during locomotion.« The influence of music on locomotor automatisms after stroke» was investigated during stabilized locomotion in stroke patients. Our preliminary results suggest that music modulate the spinal neuronal networks involved in locomotor automatisms