SUJET PROPOSÉ A
UN CONTRAT DOCTORAL ETABLISSEMENT 2022
A déposer sur la plateforme :
https://theses.u-bretagneloire.fr/complété, avant le 6 avril 2022 Pour les renseignements :
Joëlle BISSON, pour les unités de recherche de l’Université RENNES 2 Brigitte BROU-MALLET, pour les unités de recherche de l’Université d’Angers Elodie CHASSAGNE, pour les unités de recherche de l’Université de Nantes Rachel VILAR, pour les unités de recherche de l’UBO
Noluenn CHAUVIN, pour les unités de recherche de l’UBS
Catherine PETITBON, pour les unités de recherche de l’Université de Maine
UNITE DE RECHERCHE
Nom de l’Unité de Recherche : Laboratoire Motricité, Interactions, Performance
N° de l’Unité de Recherche : UR 4334
Nom du Directeur de l’Unité de Recherche : Pr. Antoine NORDEZ Ecole Doctorale : ELICC
SUJET DE THESE
Intitulé Français du sujet de thèse proposé 200 caractères maximum espaces compris
UN – Amplitude des entrés neuromodulatrices des motoneurones chez des enfants sains physiquement actifs et peu actifs et des enfants atteints de paralysie cérébrale.
Intitulé Anglais du sujet de thèse proposé 200 caractères maximum espaces compris
UN – Amplitude of neuromodulatory inputs in motoneurons in healthy
physically active and less active children and in children with cerebral
palsy.
Domaine scientifique principal de
la thèse Physiologie neuromusculaire
Domaine scientifique secondaire
de la thèse Santé
Discipline STAPS
DIRECTEUR DE THESE
CIVILITE Monsieur
NOM GROSS
PRENOM Raphael
Adresse mail [email protected] Date d’obtention HDR 2021
Nombre d’encadrement en cours au
1
eroctobre 2021 1
Co-directeur le cas échéant
CIVILITE Monsieur
NOM CATTAGNI
PRENOM Thomas
UNIVERSITE D’AFFECTATION
UNITE DE RECHERCHE Université de Nantes – Laboratoire Motricité-Interactions-
Performance (UR 4334)
Adresse mail [email protected] Date d’obtention HDR Sans HDR
Nombre d’encadrement en cours au
1
eroctobre 2021 1
ARGUMENTAIRE SCIENTIFIQUE
MOTS CLES (5) : neuromodulation ; unité motrice ; paralysie cérébrale ; maturation ; activité physique
Comprendre la production du mouvement, son développement durant la maturation et son adaptation à l’activité physique nécessite de comprendre la commande motrice et la manière dont celle-ci est amplifiée au niveau des motoneurones de la moelle épinière. Cette amplification de la commande motrice, pourtant essentielle, n’a que très peu été étudiée chez l’Homme, particulièrement chez les enfants, alors qu’elle pourrait être impliquée dans de nombreux troubles neuromoteurs.
Pendant longtemps, notre connaissance s’est limitée à l’entrée ionotrope comme seule source de modulation de l’excitabilité du motoneurone. Cette entrée ionotrope consiste en une libération transitoire de neurotransmetteurs (glutamate) au niveau des synapses des motoneurones par un neurone pré-synaptique, issu par exemple du faisceau corticospinal ou de fibres afférentes. Les neurotransmetteurs se lient à des récepteurs (dits ionotropes) qui ouvrent des canaux ioniques et produisent une dépolarisation du motoneurone. Depuis les années 70, des travaux ont prouvé l’existence d’un autre mécanisme neurophysiologique modulant l’excitabilité motoneuronale : l’entrée neuromodulatrice (Heckmann et al. 2009). Pour cette entrée, contrôlée par le tronc cérébral, le neurotransmetteur neuromodulateur, par exemple la sérotonine (5HT), se lie à un autre type de récepteur qui active une voie de signalisation intracellulaire entrainant une modification des propriétés des canaux ioniques sensibles au voltage et une activité électrique intrinsèque accrue du motoneurone. L'entrée neuromodulatrice n'active donc pas le motoneurone pour qu'il se dépolarise directement mais pour modifier sa réponse aux entrées ionotropes. Elle joue, en quelque sorte, le rôle d’amplificateur de la commande motrice (Heckman, 2008). Par exemple, il a été estimé qu'en l'absence d'entrées neuromodulatrices, les motoneurones ne seraient pas capables d’activer pleinement les muscles, limitant les capacités de production de force à moins de 50% de la force maximale théorique (Heckman, 1994). Des travaux récents sur le petit animal sain ont montré une augmentation de l’amplitude des entrées neuromodulatrices durant la maturation et que cette augmentation est plus importante chez les jeunes animaux physiquement actifs que passifs. Ce haut niveau d’amplitude des entrées neuromodulatrices impliquerait un meilleur contrôle moteur. Toutefois, des niveaux excessivement élevés entrainent une hyperexcitabilité des motoneurones et une hyperactivité musculaire, des symptômes délétères pour le mouvement et son contrôle. Un excès de l’amplitude des entrées neuromodulatrices, lié à l’hyperactivité musculaire et d’importants troubles moteurs, a été observé chez le modèle animal de la paralysie cérébral (Steele et al. 2020). Il est important de déterminer si un excès d’entrée neuromodulatrice est également observé chez les enfants paralysés cérébraux pour déterminer si ce dysfonctionnement physiologique pourrait être une cible de thérapeutiques.
Malgré leur potentiel rôle majeur dans la production du mouvement sain et pathologique, les entrées neuromodulatrices n’ont que très peu été étudiées chez l’Homme, à cause principalement de l’absence de méthodes non-invasives. Au début des années 2000, la méthode dite des unités motrices appariées a été développée pour estimer le poids des entrées neuromodulatrices au niveau des motoneurones. Cette méthode consiste à recueillir l’activité d’unités motrices lors de rampes de contraction musculaire à l’aide d’électrodes électromyographiques (EMG) intramusculaires (Gorassini et al. 2002). Depuis quelques années, il est possible d’identifier l’activité des unités motrices à partir de signaux EMG de surface, enregistrés via une matrice d’électrodes ‘haute densité’ (De Luca et al.
2006, Holobar et al. 2010). En conséquence, la méthode des unités motrices appariées peut aujourd’hui être appliquée de façon non-invasive pour pouvoir estimer l’activité des entrés neuromodulatrices.
En utilisant cette approche non-invasive innovante, ce projet de thèse ambitionne de déterminer la cinétique de développement de l’amplitude des entrées neuromodulatrices chez les enfants sains et atteints de paralysie cérébrale. Le premier objectif sera de déterminer le lien entre l’amplitude des entrées neuromodulatrices et l’âge pendant la maturation (étude 1). Le second objectif sera de déterminer si la pratique d’activité physique module l’amplitude des entrés neuromodulatrices des enfants sains (étude 2). Enfin, un troisième objectif sera de déterminer l’amplitude des entrées neuromodulatrices chez des enfants atteints de paralysie cérébrale et de les corréler à l’importance de l’hyperactivité musculaire pathologique chez ces enfants (étude 3).
Ce projet de thèse permettra de déterminer dans quelle mesure l’amplitude des entrée neuromodulatrices chez des enfants actifs vs peu actifs et neurologiquement sains vs pathologiques. Il
développement moteur de l’enfant et de la paralysie cérébrale. Il pourrait également ouvrir de nouvelles pistes neurologiques concernant la cible thérapeutique que pourraient viser la neuro- rééducation ou les traitements médicamenteux.
Principaux outils expérimentaux utilisés : - Dynamomètre isocinétique (études 1-3) ;
- EMG de surface de haute densité (matrice d’électrodes), décomposition du signal (études 1-3)
Références de l’unité de recherche sur le sujet :
-
programmes de recherches en cours,
- bibliographie sommaire de l’unité et du porteur de projet sur le sujet
proposé
1 page maximum
Ce projet de thèse s’intègre pleinement dans le programme de recherche du laboratoire
« Motricité, Interactions, Performance » (UR 4334) qui vise d’un point de vue général à optimiser le mouvement humain. Il s’intègre en particulier dans le thème 1 du laboratoire « Production et estimation de la force », répondant à un des enjeux majeurs de cet axe qui est de « caractériser les mécanismes neurophysiologiques et biomécaniques impliqués dans la variabilité de la réponse à la fatigue, aux dommages musculaires et aux adaptations à l'entraînement ». Ce projet de thèse s’inscrit également dans l’axe transversal du laboratoire qui vise à répondre à des enjeux sociétaux liés à la santé (1).
Ci-dessous une liste (non-exhaustive) des publications des encadrants sur des travaux en lien avec la thématique de ce projet de thèse.
Bibliographie :
Sarcher A, Raison M, Leboeuf F, Perrouin-Verbe B, Brochard S, Gross R. Pathological and physiological muscle co-activation during active elbow extension in children with unilateral cerebral palsy. Clin Neurophysiol. 2017 Jan;128(1):4-13.
Sarcher A, Brochard S, Hug F, Letellier G, Raison M, Perrouin-Verbe B, Sangeux M, Gross R.
Patterns of upper limb muscle activation in children with unilateral spastic cerebral palsy:
Variability and detection of deviations. Clin Biomech (Bristol, Avon). 2018 Nov;59:85-93.
Sarcher A, Brochard S, Perrouin-Verbe B, Raison M, Letellier G, Leboeuf F, Gross R. Detection of pronator muscle overactivity in children with unilateral spastic cerebral palsy: Development of a semi-automatic method using EMG data. Ann Phys Rehabil Med. 2019 Nov;62(6):409-417.
Hucteau E, Jubeau M, Cornu C, Cattagni T. Is there an intermuscular relationship in voluntary activation capacities and contractile kinetics? Eur J Appl Physiol. 2020;120: 513–526.
Cattagni T, Harnie J, Jubeau M, Hucteau E, Couturier C, Mignardot J-B, et al. Neural and muscular factors both contribute to plantar-flexor muscle weakness in older fallers.
Experimental Gerontology. 2018;112: 127–134.
Connaissances et compétences requises pour le futur doctorant :
Connaissances :
Connaissance générale en neurophysiologie humaine.
Plus particulièrement :
1. connaissance des déterminants nerveux la performance motrice d’enfants sains et atteints de paralysie cérébrale ;
2. connaissance de l’effet de la maturation sur la motricité humaine Compétences :
Compétences techniques dans l’évaluation de la fonction neuromusculaire :
- Acquisition de données mécaniques (p. ex. utilisation de dynamomètre isocinétique) et électromyographiques ;
Compétences en traitement et analyse de données expérimentales (programmation, statistiques etc.)
Compétences rédactionnelles en français et en anglais.
Intérêt du projet quant aux perspectives d’insertion professionnelle du-de la doctorant-e :
Le doctorant pourra à la suite de sa thèse poursuivre sa carrière dans un établissement d’enseignement supérieur ou organisme de recherche (public/privé) en tant que post-doctorant, enseignant-chercheur et/ou chercheur.
