L'intégration multisensorielle fonctionnelle et la plasticité des réflexes vestibulaires

Functional multisensory integration and plasticity of vestibular reflexes

• Auteur / Autrice : Olga Kuldavletova
• Direction : Gäelle Quarck, Pierre Denise
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et biologie des organismes - populations - interactions
• Date : Soutenance le 21/02/2020
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mobilités : Vieillissement, Pathologie, Santé (Caen ; 2017-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Liliane Borel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gäelle Quarck, Pierre Denise, John Golding, Gilles Clément, Jocelyne Ventre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : John Golding, Gilles Clément

Mots clés

Mots clés contrôlés

Système vestibulaire

Orientation (physiologie)

Appareil cardiovasculaire

Mal des transports

Interactions visuo-vestibulaires

Mots clés libres

Intégration multisensorielle

Plasticité

Vestibular system

Multisensory integration

Plasticity

Cardio-vascular control

Motion sickness

Vestibulo-ocular reflex

Résumé

L’objectif de ce travail de thèse était d’évaluer le rôle du système vestibulaire dans l’homéostasie en relation avec l’orientation.Nous avons évalué les réponses vestibulaires (1) dans une population normale pour évaluer le niveau d’implication des différents systèmes sensoriels dans la régulation cardiovasculaire et respiratoire et (2) dans des populations présentant des informations vestibulaires perturbées : soit des patients avec un déficit vestibulaire bilatéral soit des pilotes de voltiges aérienne.Les résultats indiquent que les informations vestibulaires et celles des gravicepteurs du tronc s’associent pour réguler la réponse respiratoire lors de la rotation à axe incliné selon la gravité (RAIG). La contribution respective des récepteurs vestibulaires et des gravicepteurs dans cette réponse varie en fonction des individus. Une autre étude a testé l’hypothèse selon laquelle la modulation de la réponse cardio-vasculaire par le système vestibulaire peut être influencée par les informations visuelles pendant la RAIG. Les résultats préliminaires de cette étude ont montré que la stimulation RAIG a un effet sur les valeurs moyennes des paramètres cardio-vasculaires. L'effet modulateur de la RAIG sur la pression artérielle a également été démontré. Cette modulation de réponse, et plus particulièrement la phase, variait entre les individus, ce qui peut indiquer la nature neuronale de la modulation observée. Un effet de la stimulation visuelle sur la modulation semble être également présent, mais une analyse plus approfondie est nécessaire pour confirmer ce résultat. Dans une autre étude, il s’est avéré que des patients présentant une déficience vestibulaire bilatérale avaient la même réponse cardio-vasculaire aux changements de position de la tête pendant le protocole « head down neck flexion » que les sujets témoins. Ces résultats indiquent que cette reconstruction du réflexe vestibulo-sympathique semble provenir de sources sensorielles autres que labyrinthiques. Enfin, nous avons étudié les pilotes de voltige aérienne comme modèle de sujets subissant des stimulations vestibulaires intenses et inhabituelles. Nous n'avons pas observé l’habituation vestibulaire attendue lors d’explorations fonctionnelles vestibulaires (RAIG et échelon de vitesse) en comparaison avec des sujets témoins, en revanche les pilotes étaient moins sensibles au mal des transports. Nous suggérons que les pilotes ne développent pas d'habituation vestibulaire comme attendu car ils ont besoin des réponses vestibulaires préservées et non altérées pour maintenir une performance optimum lors des activités de voltige aérienne.Nous concluons que pour générer des réponses en lien avec l’orientation, le système nerveux central intègre les signaux vestibulaires et non-vestibulaires et est sujet à un certain niveau de plasticité en conditions sensorielles altérées. Ce traitement multisensoriel est régulé individuellement, avec un poids variable des informations vestibulaires, en fonction de l'état sensoriel et des exigences liées à l’activité.

The aim of this thesis was to specify the role of the vestibular system in the orientation-related homeostasis. We evaluated vestibular responses to changes in orientation in space (1) in normal population to reveal in what proportion different sensory systems are implicated in the generation of the cardio-vascular and respiratory responses, and (2) in populations with altered vestibular afference: bilateral vestibular loss patients and aerobatic pilots.The results indicated that the vestibular system cooperates with trunk graviceptors to evoke respiratory response to changes in orientation during Off-Vertical Axis Rotation protocol (OVAR). The contribution of each sensory source was found to vary between individuals. Another study tested the hypothesis that the vestibular modulation of cardio-vascular parameters can be influenced by visual input during OVAR. Preliminary results from this study have demonstrated that the OVAR stimulation has an effect on the mean cardio-vascular parameters. The modulatory effect of OVAR on the arterial pressure has also been shown. The phases of modulation were varying between individuals which can indicate the neural nature of the observed modulation. The effect of visual stimulation on modulation has been detected, however further analysis is required. In another study, subjects presenting bilateral vestibular loss were shown to have the same cardio-vascular response to changes in the position of the head during Head-Down-Neck-Flexion protocol (HDNF) as normals. This reconstruction of the vestibulo-sympathetic reflex in human seems to originate from the sensory sources other than labyrinthine. Finally, we studied aerobatic pilots as humans experiencing intense and unusual vestibular stimulations. We have not revealed the expected vestibular habituation in the study using the OVAR and EVAR (Earth-Vertical Axis Rotation) stimulations, but were significantly less susceptible to motion sickness. We suggest that the pilots do not develop habituation, as they require unsuppressed responses for a better performance.We conclude that to generate the orientation-related responses, the Central Nervous System integrates the vestibular and non-vestibular signals and is subject to plastic changes in altered sensory conditions, if the response needs to be changed or restored. This multisensory processing is individually tuned, with the variable portion of vestibular impact in this processing, depending on activities, sensory state and the requirements to the response.