Etude de la contribution du couplage intermusculaire au contrôle de l’activité des muscles synergistes agonistes et antagonistes lors de contractions isométriques volontaires

Contribution of intermuscular coupling to the control of the activity of agonist and antagonist synergistic muscles during isometric voluntary contractions

• Auteur / Autrice : Camille Charissou
• Direction : Eric Berton, Laurent Vigouroux, David Amarantini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique
• Date : Soutenance le 30/03/2018
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Mouvement Humain (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences du Mouvement Etienne Jules Marey (ISM)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Perrey
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Franck Quaine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Agnès Roby-Brami, Alain Martin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Personnes atteintes de lésions cérébrales

Rééducation motrice

Activité motrice

Système nerveux central

Analyse temps-fréquence

Mots clés libres

Redondance musculaire

Mécanismes nerveux

Cohérence intermusculaire

Synergies musculaires

Analyse temps-Fréquence

Modélisation musculo-Squelettique

Muscle redundancy

Neural mechanisms

Intermuscular coherence

Muscle synergies

Time-Frequency analysis

Musculoskeletal modeling

Résumé

Le corps humain possède une grande redondance musculo-squelettique, se traduisant par une infinité de coordinations musculaires possibles pour produire un effort résultant. Lors d'un mouvement, le système nerveux central est confronté à la gestion de cette redondance. A travers l’analyse de cohérence entre les signaux électromyographiques, ce travail de thèse étudie le rôle fonctionnel du couplage intermusculaire et explore la contribution des mécanismes nerveux impliqués dans la régulation de la redondance musculaire en termes de contrôle de l’activité des muscles agonistes, et antagonistes impliqués dans le phénomène de co-contraction. Nos résultats ont révélé que le couplage intermusculaire entre deux muscles agonistes est modulé en présence de fatigue et en fonction de l’expertise sportive. De plus, le couplage entre muscles agonistes et antagonistes dépend des contraintes mécaniques et du rôle fonctionnel des muscles, et semble directement lié au niveau de co-contraction. La cohérence intermusculaire est modulée dans plusieurs bandes de fréquence, témoignant de l’implication de différentes commandes centrales communes d’origines spinales et supra-spinales. Nos conclusions amènent à penser que la coordination musculaire est en partie contrôlée par des commandes nerveuses communes dont la contribution est modulée suivant les propriétés fonctionnelles des muscles concernées, pour s’adapter de manière optimale aux contraintes internes ou externes de la tâche. Les travaux déjà engagés proposent de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents l’altération de la fonction motrice chez des patients cérébro-lésés.

The human motor system is characterized by high musculoskeletal redundancy, implying that a given resultant effort can result from infinity of feasible muscle coordinations. During a movement, the central nervous system has to manage such redundancy. Through coherence analysis between electromyographic signals, this thesis work aims at investigating the functional role of intermuscular coupling and at better understanding the contribution of central nervous mechanisms responsible for the regulation of muscle redundancy, in terms of agonist muscle activity and also antagonist muscles activity involved in co-contraction. Our results revealed that intermuscular coupling between agonist muscles is modulated according to both the fatigue level and the training status. We also showed that the coupling between agonist and antagonist muscles depends on the mechanical configuration and functional role of muscle pairs, and seems directly related to co-contraction. The modulation of intermuscular coherence occurs in several frequency bands, suggesting the involvement of different common central drives of spinal and supra-spinal origins according to task constraints. Taken together, our results lead us to conclude that common neural drives take part in the control of muscular coordination, with different relative contribution according to the functional properties of recruited muscles, in order to optimally adapt to both internal and external task contraints. Work already undertaken proposes to provide a better understanding of the mechanisms underlying impairment of motor function in brain-injured patients.