Neural networks and circuitries implicated in movement preparation and motor imagery of gait in amyotrophic lateral sclerosis

Les travaux de cette thèse s'articulent autour de l'étude des aspects cognitivo-moteurs de la maladie de la sclérose latérale amyotrophique (SLA); en particulier, les circuits neuronaux contribuant à la préparation et à l’imagerie motrice de la locomotion. Dans la première étude, après avoir réparti les patients en fonction des critères cliniques; SLA avec atteintes des motoneurones périphériques (NMP) et SLA avec atteintes des motoneurones centraux (NMC), nous avons caractérisé les corrélats neuronaux de la préparation motrice à partir d'une tâche motrice auto-initiée de dorsiflexion de la cheville.Chez les patients NMC (comparés aux NMP et aux contrôles), nous avons démontré une altération fonctionnelle des régions prémotrices et une activation supplémentaire des régions sous-corticales pendant la préparation motrice. Les analyses de la connectivité effective ont montré une activation supplétive du circuit striato-cérébelleux venant renforcer les réseaux AMS-striatum et AMS-cervelet affaiblis. La perte d'intégrité fonctionnelle des circuits de la planification motrice pourrait engendrer des altérations de l'imagerie motrice chez les patients NMC. Dans la deuxième étude, nous avons testé cette hypothèse en développant un paradigme de marche imaginée que nous avons transposé en IRMf. Les données comportementales ont montré une augmentation significative du temps d'imagerie motrice chez les patients NMC par rapport aux contrôles et aux NMP pendant la marche précise. Les résultats d’imagerie ont montré une diminution de l'activité des régions prémotrices et du cortex préfrontal dorsolatéral ainsi qu’un recrutement additionnel des régions pariétales et du cervelet chez les patients NMC. Un renforcement de la connectivité fonctionnelle des réseaux striato et parieto-cérébelleux, suppléant les connexions de la région prémotrice affaiblies a également été démontré. La coexistence de circuits à connectivité réduite et accrue suggère une désorganisation des réseaux qui pourraient être à l'origine des processus adaptatifs et des troubles moteurs observés dans la SLA.The present work examines the cognitive and motor brain mechanisms associated with amyotrophic lateral sclerosis (ALS); in particular, the neural circuits underlying motor preparation and imagined locomotion. In the first study, after stratifying patients according to clinical criteria: ALS with lower motor neurons (LMN) and ALS with upper motor neurons (UMN), we evaluated the functional adaptation in ALS patients during the preparation of self-initiated motor task.Decreased supplementary motor area (SMA) and dorsolateral prefrontal cortex activities and increased activities in subcortical regions were detected in UMN patients compared to controls and LMN during motor preparation. Increased effective connectivity of the striato-cerebellar circuit reinforcing weakened AMS-striatum and AMS-cerebellum circuits was also demonstrated. The loss of functional integrity of the planning sensorimotor network could lead to impaired motor imagery of locomotion in UMN patients. Therefore, in the second study, we tested this hypothesis by devising an fMRI paradigm involving locomotor imagery. Behavioral data showed a significant increase in imagery time in UMN patients compared to controls and LMN during precise postural gait. Functionally, in UMN patients, decreased SMA and the dorsolateral prefrontal cortex activities as well as additional recruitment of the parietal and cerebellar regions were recorded during imagined locomotion. Enhanced functional connectivity of the striato and parieto-cerebellar circuits reinforcing weakened connections of the premotor region was also demonstrated. Our findings indicate that, despite the dysfunction of premotor connections, subcortical connectivity increases in ALS indicative of compensatory processes. The coexistence of circuits with decreased and increased connectivity suggests concomitant neurodegenerative and adaptive changes and could explain motor disorders observed in ALS