Etude des effets neurophysiologiques de la vibration musculaire locale du muscle fléchisseur radial du carpe dans le cadre de l’élaboration d’un nouveau dispositif de rééducation du membre supérieur après un accident vasculaire cérébral

Study of the neurophysiological effects of local muscle vibration to the flexor carpi radialis muscle as part of the development of a new device for rehabilitation of the upper limb after a stroke

• Auteur / Autrice : Clara Pfenninger
• Direction : Thomas Lapole
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie, Médecine, Santé, Recherche clinique, Innovation technologique, Santé publique
• Date : Soutenance le 13/09/2023
• Etablissement(s) : Saint-Etienne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire interuniversitaire de biologie de la motricité (Saint-Etienne ; Lyon ; Chambéry ; 2016-....)
• Jury : Président / Présidente : Raphaël Gross
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Auzou, Sidney Grosprêtre, Pascal Giraux
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Raphaël Gross, Laurence Mouchnino

Mots clés

Mots clés contrôlés

Massage vibratoire

Électroencéphalographie

Plasticité neuronale

Maladies cérébrovasculaires

Carpe (anatomie)

Mots clés libres

Vibration musculaire locale

Fléchisseur radial du carpe

Accident vasculaire cérébral (AVC)

Neuroplasticité

Excitabilité corticale

Excitabilité motoneuronale

Simulation magnétique transcrânienne

Electroencéphalographie

Local muscle vibration

Flexor carpi radialis

Stroke

Neuroplasticity

Cortical excitability

Motoneuronal excitability

Transcranial magnetic simulation

Electroencephalography

Résumé

L’accident vasculaire cérébral (AVC) est la troisième source mondiale de déficiences acquises. Après un AVC, plus de la moitié des patients souffre d’une déficience motrice du membre supérieur. S’il existe aujourd’hui une meilleure prise en charge en rééducation des patients AVC, la récupération du membre supérieur n’en reste pas moins un enjeu majeur pour la qualité de vie du patient. Récemment, l’utilisation de la vibration et plus particulièrement de la vibration locale prolongée a démontré son intérêt dans le réentrainement des sujets sains mais également la rééducation des patients AVC. L’application d’un vibrateur portable à une fréquence optimale proche de 100 Hz sur un muscle ou un tendon d’intérêt permettrait d’induire des décharges répétées des afférences Ia qui projettent à la fois au niveau spinal et au niveau cortical. L’activation des circuits sensoriels et moteurs par les afférences Ia pourrait induire des modulations synaptiques permettant un remodelage des connexions existantes. Cependant, les mécanismes neurophysiologiques sous-jacents ne sont pas entièrement compris à ce jour et nécessitent de plus amples investigations. Le premier objectif de ce travail de thèse était de caractériser les réponses neurophysiologiques induites par une session de vibration locale prolongée surimposée ou non à une contraction musculaire. Dans une première étude, nous avons observé qu’une dépression de l’excitabilité des motoneurones était associée à une augmentation de l’excitabilité corticale et ce, que la vibration soit appliquée sur muscle contracté ou non. Le second objectif de ce travail de thèse a donc été d’explorer les modulations de l’activité corticale induites par la vibration. Grâce à l’utilisation de l’électroencéphalographie, nous avons observé une augmentation de l’activité du cortex moteur primaire, du cortex sensoriel primaire et du cortex pariétal postérieur lors d’une contraction isométrique réalisée après la session de vibration locale prolongée, associée à une plus grande cohérence cortico-musculaire. Par la suite, le troisième objectif de cette thèse a été de comprendre comment la vibration agissait au niveau cortical en caractérisant les modulations de l’excitabilité intra-corticale. Dans cette dernière étude, nous n’avons pas mis en évidence d’altérations de l’excitabilité intra-corticale significatives. Cependant, nous avons observé une augmentation de la variabilité inter-individuelle en réponse à la vibration qui pourrait suggérer l’existence de répondeurs et de non répondeurs. Ainsi, l’utilisation de la vibration locale prolongée permettrait à la fois de moduler l’excitabilité corticale et spinale. En entrainant une plus grande activité corticale lorsqu’une contraction musculaire est réalisée après la session de vibration, celle-ci serait propice à la rééducation du membre supérieur après un AVC en stimulant davantage la plasticité cérébrale existante.

Stroke is the third leading cause of acquired disabilities worldwide. After a stroke, more than half of the patients suffer from motor impairment in the upper limb. While there have been advancements in the rehabilitation of stroke patients, the recovery of upper limb function remains a major challenge for the patient's quality of life. Recently, the use of vibration, particularly prolonged local vibration, has shown promise in the retraining of both healthy individuals and stroke patients. Applying a portable vibrator at an optimal frequency close to 100 Hz to a specific muscle or tendon can induce repeated discharges of Ia afferents, which project at both the spinal and cortical levels. The activation of sensory and motor circuits by Ia afferents could lead to synaptic modulations, enabling remodelling of existing connections. However, the underlying neurophysiological mechanisms are not yet fully understood and require further investigation. The first objective of this thesis was to characterize the neurophysiological responses induced by a session of prolonged local vibration, with or without concurrent muscle contraction. In an initial study, we observed that a depression of motoneuron excitability was associated with increased cortical excitability, regardless of whether the vibration was applied to a contracted or relaxed muscle. Therefore, the second objective of this thesis was to explore the modulations of cortical activity induced by vibration. Using electroencephalography, we observed increased activity in the primary motor cortex, primary sensory cortex, and posterior parietal cortex during an isometric contraction performed after the session of prolonged local vibration, along with greater cortico-muscular coherence. Subsequently, the third objective of this thesis was to understand how vibration acts at the cortical level by characterizing modulations of intra-cortical excitability. In this final study, we did not find significant alterations in intra-cortical excitability. However, we observed an increase in inter-individual variability in response to vibration, suggesting the presence of responders and non-responders. Thus, the use of prolonged local vibration can modulate both cortical and spinal excitability. By promoting greater cortical activity when muscle contraction is performed after the vibration session, it could facilitate upper limb rehabilitation after a stroke by further stimulating existing brain plasticity.