Contributions neuronales à l'activité physique: du cerveau au muscle et vice-versa

Neural contributions to physical activity: from the brain to the muscle and back again

• Auteur / Autrice : Patrizio Canepa
• Direction : Christos Paizis, Marco Bove, Charalambos Papaxanthis
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Staps
• Date : Inscription en doctorat le 15/11/2017
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté en cotutelle avec Université de Genes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Cognition, Action, et Plasticité Sensorimotrice (CAPS) (Dijon)

Mots clés

Mots clés libres

Fatigue

Neuroplasticité cérébral

Apprentissage

Learning

Cerebral plasticity

Fatigue

Résumé

Le terme fatigue est défini comme «fatigue extrême résultant d'un effort ou d'une maladie mentale ou physique». Le concept de fatigue a inspiré des nombreuses recherches depuis les premières études en physiologie musculaire. Au cours des dernières décennies, les physiologistes du sport et de l'exercice ont débattu longtemps avec pour but de clarifier les mécanismes qui régulent la fatigue. La fatigue peut être divisée en fatigue musculaire et mentale. La fatigue musculaire a été définie comme l'incapacité à maintenir un niveau de force, conduisant à une performance réduite. Plus récemment, la fatigue musculaire a été décrite comme «incapacité de maintenir une puissance demandée ou attendue». La fatigue mentale renvoie à la sensation que les personnes peuvent éprouver après ou pendant des périodes prolongées d'activité cognitive. Ces sentiments sont très communs dans la vie quotidienne et impliquent généralement la faiblesse ou l'épuisement, une aversion à poursuivre une activité présente et /ou une diminution du niveau d'engagement pendant la durée d'une tâche. Bien que le rôle de la fatigue dans la limitation des performances a été largement étudié, les effets de la fatigue musculaire et mentale sur l'apprentissage moteur et cognitif ont reçu peu d'attention. Le projet examinera les effets de la fatigue musculaire et mentale sur l'apprentissage cognitif et moteur. Les sujets seront divisés en six groupes suivants: Groupe 1: un protocole de fatigue mentale suivi d'un protocole d'apprentissage moteur pour vérifier l'effet de la fatigue mentale sur l'apprentissage moteur Groupe 2: un protocole de fatigue mentale suivi d'un protocole d'apprentissage cognitif pour vérifier l'effet de la fatigue mentale sur l'apprentissage cognitif Groupe 3: un protocole de fatigue mentale suivi d'un protocole de neuroplasticité pour vérifier l'effet de la fatigue mentale sur la neuroplasticité Groupe 4: un protocole de fatigue musculaire suivi d'un protocole d'apprentissage moteur pour vérifier l'effet de la fatigue musculaire sur l'apprentissage moteur Groupe 5: un protocole de fatigue musculaire suivi d'un protocole d'apprentissage cognitif pour vérifier l'effet de la fatigue musculaire sur l'apprentissage cognitif Groupe 6: un protocole de fatigue musculaire suivi d'un protocole de neuroplasticité pour vérifier l'effet de la fatigue musculaire sur la neuroplasticité Protocole de fatigue musculaire: ce protocole va développer une condition de fatigue du corps entier en utilisant une série d'exercices inclus dans un circuit-training. Pendant ce protocole les paramètres suivants seront étudier : l’interpolated twitch, le motor evoked potential (MEP) et cervicomedullary motor evoked potential (C-MEP). Protocole de fatigue mentale: ce protocole développera une condition de fatigue cognitive à travers une série de tâches cognitives appartenant aux domaines de la mémoire et de l’attention. Protocole d'apprentissage moteur: ce protocole permettra d'évaluer le niveau d'apprentissage moteur à l'aide d'un dispositif spécial capable de mesurer l'amélioration de la performance motrice dans une tâche de dextérité manuelle (Glove Analyzer System, GAS, ETT S.p.A., Italie). Protocole d'apprentissage cognitif: ce protocole évaluera le niveau d'apprentissage cognitif en utilisant un test cognitif adaptatif qui calibre le niveau de difficulté par rapport à la performance précédemment obtenue. Protocole de neuroplasticité: le protocole de neuroplasticité adopté sera la Paired Associative Stimulaiton (PAS). La compréhension de l'influence de la fatigue mentale ou musculaire sur l'apprentissage moteur ou cognitif pourra permettre une nouvelle approche dans la science. En effet, l’étude de la périodisation de l'entraînement dans une activité quotidienne est très importante: les élèves, par exemple, sont constamment soumis à une activité mentale, faire les devoirs et suivre les leçons. La plupart d'entre eux pratiquent un sport et les entraîneurs leur demandent d'apprendre de nouvelles habiletés motrices qui peuvent être influencées par la condition mentale ou motrice.

The term fatigue is defined as “extreme tiredness resulting from mental or physical exertion or illness”. The concept of fatigue has inspired a wide body of research since the earliest studies in muscular and exercise physiology. During the last decades, intense debates have been conducted among sport and exercise physiologists in an attempt to clarify the mechanisms that regulate fatigue. The fatigue can be divided in muscle fatigue and mental fatigue. Muscle fatigue has been defined as the failure to maintain force output, leading to a reduced performance. More recently, muscle fatigue was defined as “failure to maintain the required or expected power output”. The mental fatigue refers to the feeling that people may experience after or during prolonged periods of cognitive activity. These feelings are very common in everyday modern life and generally involve tiredness or even exhaustion, an aversion to continue with the present activity, and a decrease in the level of commitment to the task at hand. Despite the role of fatigue in performance limitation was widely investigated, the effects that muscle and mental fatigue develop on motor and cognitive learning have received little attention. The project will consider the effect that muscle and mental fatigue produce on cognitive and motor learning. The subject will be included in one of six different groups: Group 1: a mental fatigue protocol followed by a motor learning protocol to verify the effect of mental fatigue on motor learning Group 2: a mental fatigue protocol followed by a cognitive learning protocol to verify the effect of mental fatigue on cognitive learning Group 3: a mental fatigue protocol followed by a neuroplasticity protocol to verify the effect of mental fatigue on neuroplasticity Group 4: a muscle fatigue protocol followed by a motor learning protocol to verify the effect of muscle fatigue on motor learning Group 5: a muscle fatigue protocol followed by a cognitive learning protocol to verify the effect of muscle fatigue on cognitive learning Group 6: a muscle fatigue protocol followed by a neuroplasticity protocol to verify the effect of muscle fatigue on neuroplasticity Muscle fatigue protocol: this protocol will develop a whole-body fatigue condition using a series of exercises included in a circuit-training. This fatigue condition, both central and peripheral, will be estimated by appropriate measure like interpolated twitch, motor evoked potential (MEP), cervicomedullary motor evoked potential (C-MEP) etc. Mental fatigue protocol: this protocol will develop a cognitive fatigue condition through a series of cognitive task belonging to the cognitive domain of memory (attention, short term memory etc.). Motor learning protocol: this protocol will assess the level of motor learning using a special device (Glove Analyzer System ,GAS, ETT S.p.A., Italy) able to measure the improvement in a performance of finger tapping movement. Cognitive learning protocol: this protocol will assess the level of cognitive learning using an adaptive cognitive test that calibrates the difficulty level in relation to previously obtained performance. Neuroplasticity protocol: the neuroplasticity protocol adopted will be the Paired Associative Stimulation (PAS). This protocol is able to induce an improvement in the long-term cortical excitability. This investigation will suggest the correct training periodization in a daily live activity: students, for example, are constantly subjected to perform a mental activity, doing homework and following lessons. Most of them practice a sport and coaches require them to learn new motor skills that can be influenced by the mental or motor condition of the athletes. Generally, understanding the influence that mental or muscle fatigue produce on motor or cognitive learning provide a little progression in the methodological and periodization science.