Marqueurs neurophysiologiques et comportementaux du contrôle locomoteur dans le syndrome d'Ehlers-Danlos de type hypermobile

Neurophysiological and behavorial markers of locomotor control in hypermobile Ehlers-Danlos syndrome

• Auteur / Autrice : Valentin Lana
• Direction : Leslie Decker
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et techniques des activites physiques et sportives
• Date : Soutenance le 20/06/2023
• 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 co-accrédité : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Lionel Bringoux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Leslie Decker, Thibault Deschamps, Anaïck Perrochon, France Mourey, Kjerstin Torre, Julien Frère, Simone Dalla Bella
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thibault Deschamps, Anaïck Perrochon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Variabilité

Ehlers-Danlos, Syndrome d'

Locomotion

Électromyographie

Dynamique non-linéaire

Double tâche (psychologie)

Neurosciences cognitives

Charge cognitive

Locomotion -- Régulation

Sciences de la complexité

Mots clés libres

Automaticité

Contrôle locomoteur

Coût cognitif

Marqueurs neuromusculaire

Automaticity

Cognitive cost

Complexity

Ehlers-Danlos syndrome

Locomotor Control

Locomotion

Neuromuscular markers

Variability

Nonlinear dynamics

Dual-task

Résumé

La locomotion humaine résulte de l’interaction entre les systèmes physiologique, cognitif et neuromusculaire qui lui confèrent flexibilité et adaptabilité pour son contrôle. Cependant, le coût cognitif associé à ce contrôle dans des contextes particuliers n'est pas encore clairement établi. Les patients atteints du syndrome d’Ehlers-Danlos de type hypermobile (SEDh) présentent une altération de la proprioception qui serait à l’origine de leurs troubles moteurs. Le port de vêtements compressifs (VC) semble être un moyen prometteur de compenser partiellement cette altération. L’objectif de ce travail de thèse était d’évaluer le coût cognitif associé au contrôle de la marche dans un environnement déstabilisant, d’une part, chez des sujets contrôles, et d’autre part, chez des patients SEDh avant et après une prise en charge associant une rééducation proprioceptive et les VC. Dans ce but, des mesures de stationnarité, de variabilité et de complexité ont été appliquées sur des paramètres neurophysiologiques et comportementaux.L’étude 1 (recherche fondamentale) visait à déterminer le coût cognitif associé au contrôle de la marche et à la modulation des synergies musculaires (SM) sous-jacentes chez le jeune adulte lorsqu’il est soumis à un environnement visuel déstabilisant. 24 jeunes adultes sains ont marché sur un tapis roulant à vitesse préférentielle fixe, immergés dans un environnement virtuel avec un flux optique normal ou perturbé dans le plan frontal (i.e. oscillations ML du champ visuel), et ce en condition de simple tâche et de double tâche (DT ; 1-back, 2-back, 3-back). Nos résultats ont montré que la performance cognitive du jeune adulte en condition de DT n’est pas altérée par un environnement visuel déstabilisant. Néanmoins, en DT exécutive, le jeune adulte augmente la régulation du pas dans le plan frontal au détriment d’un relâchement dans le plan sagittal (« dynamique passive »). Cette régulation accrue fut corroborée au niveau neuromusculaire par une diminution de la variabilité d’activation de la SM propre à la phase de propulsion à l’appui.Les études 2 et 3 (recherche translationnelle) reposent sur des données recueillies dans l’essai clinique VITALISED (NCT04020107). 39 patients SEDh et 39 sujets contrôles (SC) ont marché sur un tapis roulant à vitesse asservie avec un flux optique normal ou perturbé dans le plan sagittal (i.e. sans flux, flux accéléré, flux inversé), et ce en condition de simple tâche et de DT (2-back). L’étude 2 (transversale) visait à définir l’impact du déficit proprioceptif associé au SEDh sur le coût cognitif associé au contrôle de la marche en présence d’un flux optique perturbé. Nos résultats ont montré que les patients SEDh présentent une marche prudente (stationarité), plus variable et moins automatique (synchronisation intermusculaire). En condition de DT, ils priorisent le contrôle de la marche afin de maintenir leur équilibre au détriment de la performance dans la tâche cognitive concomitante. Collectivement, les adaptations observées chez les patients SEDh reflèteraient une perte d’automaticité de la marche, qui résulterait principalement d’un déconditionnement physique et de la peur de tomber. L’étude 3 (longitudinale) visait à démontrer l’apport du port des VC lors de la rééducation proprioceptive des patients SEDh. De manière inattendu, nos résultats n’ont pas montré de réduction du coût cognitif associé au contrôle de la marche. Néanmoins, les résultats plus descriptifs suggèrent que le port des VC serait bénéfique pour les patients dont les capacités fonctionnelles sont les plus altérées. Sur le plan méthodologique, plusieurs raisons peuvent expliquer l'absence d'effet : (i) la taille insuffisante de l’échantillon, (ii) la variabilité interindividuelle de la sévérité des symptômes associés au SEDh, et (iii) la COVID-19. Cette thèse permet d'orienter la conception de futurs essais cliniques afin d’élucider la question des profils de patients qui bénéficieraient le plus des VC.

Human locomotion results from the interaction between physiological, cognitive and neuromuscular systems that confer it flexibility and adaptability for its control. However, the cognitive cost associated with this control in particular contexts (e.g. visual disturbances or sensory deficit) remains unclear. Patients with hypermobile Ehlers-Danlos syndrome (hEDS) have impaired proprioception, which is thought to be the cause of their motor disorders. The use of compression garments (CG) seems to be a promising way to partially compensate for this impairment. The objective of this thesis was to evaluate the cognitive cost associated with gait control in a destabilizing environment, in control subjects on the one hand, and in hEDS patients before and after treatment with CG on the other hand. For this aim, measures of stationarity, variability and complexity were applied on neurophysiological and behavioral parameters.Study 1 (basic research) aimed to determine the cognitive cost associated with gait control and modulation of underlying muscle synergies in young adults when subjected to a visually destabilizing environment. Experimentally, 24 healthy young adults walked on a treadmill at fixed preferred speed, immersed in a virtual environment with normal or perturbed optic flow in the frontal plane (i.e. mediolateral visual field oscillations), under single-task and dual-task (DT, 1-back, 2-back, 3-back) conditions. Our results showed that cognitive performance of the young adult under DT condition is not altered by a visually destabilizing environment. Nevertheless, in executive DT, the young adult increases stepping regulation in the frontal plane at the expense of release in the sagittal plane (“passive dynamics”). This increased stepping regulated was corroborated with neuromuscular changes by a decrease in activation variability of the muscle synergy related to the propulsion during the support phase.Studies 2 and 3 (translational research) are based on data collected in a clinical trial (VITALISED, NCT04020107). Experimentally, 39 hEDS patients and 39 control subjects (SC) walked on a treadmill at self-paced speed, immersed in a virtual environment with normal or perturbed optic flow in the sagittal plane (i.e. none, accelerated or reverse optic flow), under single-task and dual-task (2-back) conditions. Study 2 (cross-sectional) aimed to characterize the impact of hEDS-related proprioceptive deficit on the cognitive cost associated with gait control in the presence of sensory conflict induced by the manipulation of optic flow (i.e. speed or direction). Our results showed that hEDS patients have a cautious (stationarity), more variable, and less automated (intermuscular synchrony) gait. In DT, they prioritize gait control in order to maintain their balance, but this is at the expense of performance on the concurrent cognitive task. Collectively, the adaptations observed in hEDS patients would reflect a loss of automaticity of walking, which would result mainly from physical deconditioning and fear of falling. Study 3 (longitudinal) aimed to demonstrate the contribution (added value) of wearing compression garments during the proprioceptive rehabilitation of hEDS patients. Surprisingly, our results did not show a reduction in the cognitive cost associated with gait control. Nevertheless, the more descriptive results suggest that the wearing of CG would be beneficial for those patients with the most impaired functional abilities. On the methodological level, several reasons may explain the lack of effect: (i) the insufficient sample size, (ii) the interindividual variability in the severity of symptoms associated with hEDS, and (iii) coronavirus disease. This thesis helps guide the design of future clinical trials to elucidate which patient profiles would benefit most from CG.