Intégration multisensorielle (vision-proprioception) et transformations sensorielles pour le contrôle sensorimoteur du membre supérieur : vers un nouvelle approche pour l'évaluation sensorielle post-AVC

Multisensory (visuo-proprioceptive) integration and sensory transformations for upper-limb control in humans : towards an improved sensory clinical assessment for stroke patients

• Auteur / Autrice : Jules Bernard-Espina
• Direction : Marc Maier, Michele Tagliabue
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 19/01/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Neurosciences intégratives et cognition (Paris ; 2019-....)
• Jury : Président / Présidente : Bastien Berret
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Agnès Roby-Brami
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christine Assaiante, Frédéric Crèvecoeur

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vision

Maladies cérébrovasculaires

Sensibilité proprioceptive

Intégration sensorimotrice

Mots clés libres

Intégration multisensorielle

Contrôle sensorimoteur

Accident vasculaire cérébral

Vision

Proprioception

Transformation sensorielle

Multisensory integration

Sensorimotor control

Stroke

Vision

Proprioception

Sensory transformation

Résumé

Pour contrôler nos mouvements avec précision, le cerveau combine de multiples sources d'information sensorielle, telles que la proprioception et la vision. Les déficits proprioceptifs, fréquemment observés chez les patients victimes d'accident vasculaire cérébral (AVC), ont ainsi un impact majeur sur le contrôle et la récupération de la motricité volontaire. Une bonne compréhension des déficits proprioceptifs est donc essentielle à la rééducation post-AVC. Cependant, à ce jour, aucun consensus ne s'est dégagé sur l'évaluation des déficits proprioceptifs. Une réinterprétation de la littérature, à travers le prisme des récentes théories sur l'intégration sensorielle, suggère que ce qui est communément nommé « déficit proprioceptif » dans le domaine clinique pourrait confondre d'autres fonctions cognitives, telles que la capacité à réencoder les informations proprioceptives dans un autre espace sensoriel (nommée transformation sensorielle). Le premier objectif de cette thèse est de réconcilier les résultats, en apparence contradictoires, d'un grand nombre d'études cliniques à l’aide d’une approche théorique nous permettant de proposer une nouvelle stratification des patients victimes d'AVC. Celle-ci apparait cohérente avec la localisation des lésions cérébrales rapportée dans les études citées : les patients présentant des lésions dans le cortex pariétal postérieur, impliqué dans la capacité à lier les informations proprioceptives et visuelles, ont tendance à présenter un déficit fonctionnel du membre supérieur mis en évidence spécifiquement par les tests cliniques impliquant des transformations sensorielles. Le deuxième objectif de cette thèse est d'étudier comment les transformations sensorielles influencent l'intégration visuo-proprioceptive. En utilisant la réalité virtuelle, nous avons réalisé une série d’expériences comportementales, avec des sujets sains, afin de tester expérimentalement les prédictions de notre modèle théorique dans le but de développer de nouvelles techniques d'évaluation sensorielle. Nous observons que les transformations sensorielles influencent l'intégration visuo-proprioceptive en modulant la dépendance visuelle ou proprioceptive des sujets en fonction du contexte de la tâche expérimentale. Enfin, le troisième objectif de cette thèse est d'étudier les facteurs qui peuvent altérer les transformations sensorielles. Nous apportons de nouveaux arguments soutenant le rôle central de la gravité dans la perception spatiale. Dans leur ensemble, ces résultats établissent un nouveau cadre conceptuel, permettant de mieux comprendre les déficits sensoriels, et ouvrent la voie à l’émergence d’approches innovantes pour l'évaluation et la rééducation post-AVC.

The control of hand movements arises from the integration of multiple sources (modalities) of sensory information, such as proprioception and vision. For this reason, proprioceptive deficits often observed in stroke patients have a significant impact on the integrity and recovery of motor functions. A better understanding of proprioceptive deficits is therefore critical for the rehabilitation of stroke patients. Despite its importance, to date, no consensus has emerged on the assessment of proprioceptive deficits. A reinterpretation of the literature on stroke proprioceptive deficits through the prism of recent sensory integration theories suggests that what is termed “proprioceptive deficits” in the clinical field would encompass other cognitive functions, such as the ability to re-encode proprioceptive (spatial) information in higher-order sensory spaces (referred to as sensory transformations). The first goal of this thesis is to reconcile the apparently contradictory results of a large number of clinical studies by use of optimal sensory integration modelling. This theoretical approach provides a novel rationale for an improved stratification of stroke patients according to their sensory deficits. This new stratification was found to be consistent with the location of brain lesions reported in stroke studies: patients with lesions in the posterior parietal cortex, which is known to be involved in linking proprioceptive and visual information, tend to show a functional upper limb deficit specifically in the proprioceptive assessment tasks requiring sensory transformations. The second goal of this thesis is to study how sensory transformations affect optimal visuo-proprioceptive integration. For this purpose, we used virtual reality behavioural experiments, with healthy participants, to experimentally test the predictions of our newly developed model, and prepare the ground for new sensory assessment techniques in upper limb rehabilitation after stroke. We found that sensory transformations affect visuo-proprioceptive integration by modulating the subjects’ reliance on visual or proprioceptive cues depending on the task context. Finally, the third goal of this thesis is to study the factors which can influence sensory transformations negatively. We show that head-gravity misalignment interferes with sensory transformations, supporting the theorized central role of gravity in spatial perception. Altogether, these results provide a novel framework to better understand sensory deficits and may lead to innovative approaches to stroke assessment and rehabilitation.