Modulation du traitement cortical des informations visuelles et somatosensorielles en situation d’incongruence: une approche électroencéphalographique - Aix-Marseille Université Access content directly
Theses Year : 2016

Cortical modulation of visual and somatosensory information when it becomes incongruent during hand tracing movements: an EEG approach

Modulation du traitement cortical des informations visuelles et somatosensorielles en situation d’incongruence: une approche électroencéphalographique

Abstract

Since Woodworth (1899), vision is well recognized by the scientific community to be of a great importance to control voluntary movements. Besides, we know that somatosensory information is also essential for that purpose, as shown by works largely initiated by Sherrington at the beginning of the last century. However, the literature provides little information about the neural mechanisms underlying the processing of visual and somatosensory information during voluntary movements. The goal of our doctoral research was to better understand how the brain integrates visual and somatosensory information during the control of movement. More specifically, we investigated the weighting of these sensory inputs in conditions under which they provided either congruent or incongruent information about hand motion. A visuo-somatosensory incongruence arises in our day-to-day life, for example, when we wear eyeglasses or when we use a computer mouse for the first time. It can also be induced experimentally, as we have done in our experiments, by shifting the visual feedback of the environment with a mirror or a computer device. In experimental paradigms that provided either congruent or incongruent visual and somatosensory information, we asked participants to follow precisely the outline of an irregular shape with a stylus on a digitizing tablet. Brain activity was recorded with an electroencephalographic device, and quantified by measuring visual evoked potentials amplitudes [Study 1], and the power in the alpha (8-12 Hz), beta (15- v 25 Hz) and gamma (50-80 Hz) frequency-bands [Studies 2 and 3]. We first evidenced that visually-guided hand movements increased the sensitivity to visual inputs of a large cortical network. Moreover, we showed that controlling movement in a situation with an incongruence between visual and somatosensory input led to a further increase of visual, somatosensory and posterior-parietal cortical excitability. We suggest that these modulations reflect sensory weighting mechanisms in order to attempt to adapt to the sensory incongruence. Interestingly, in the somatosensory areas, we found that the sensory incongruent condition led to a reduction of gamma power, suggesting a reduced integration of somatosensory inputs for controlling movements which might have attenuated the sensory incongruence. Finally, we reported that motor learning (or over-learning) in a task without sensory incongruence and visuomotor adaptation in a task with sensory incongruence both resulted in a reduced activity of the posterior occipital and right posterior parietal cortices. Taken together, our findings are in line with the existence of a general sensory gain control mechanism driven by the state of adaptation of the sensorimotor system in a given sensory context. More generally, our results argue for the idea that sensory processing is function of the context-dependent relevance of the sensory inputs.
Au moins depuis Woodworth (1899), la communauté scientifique reconnaît l’importance de la vision dans le contrôle du mouvement volontaire. Parallèlement, nous savons que l’utilisation des informations somatosensorielles dans la production de mouvements, dont l’étude a largement été initiée par Sherrington également au début du siècle dernier, est également indispensable. Cependant, la littérature reste relativement pauvre concernant les corrélats neuronaux du traitement des informations sensorielles pendant le contrôle du mouvement. L’objectif du présent travail de thèse vise à mieux comprendre l’implication des informations visuelles et somatosensorielles dans la réalisation de mouvements volontaires fluides et adaptés aux contraintes du monde qui nous environne. Plus précisément, nos travaux visent à étudier les mécanismes de pondération des informations visuelles et somatosensorielles dans le contrôle du mouvement volontaire visuoguidé de la main lorsque les retours sensoriels de ces deux canaux véhiculent des informations spatiales congruentes ou incongruentes. Une incongruence entre les informations visuelles et somatosensorielles apparaît dans la vie courante lorsque l’on porte des lunettes de correction ou que l’on utilise une souris d’ordinateur pour la première fois. Il est également possible de recréer expérimentalement cette situation d’incongruence, comme nous l’avons fait dans nos travaux, en décalant l’environnement visuel perçu des participants par l’intermédiaire de miroirs ou par l’utilisation d’un dispositif informatique. Dans de telles situations, nous avons demandé aux participants de suivre les contours d’une forme géométrique irrégulière avec un stylet sur une tablette graphique, au travers de protocoles expérimentaux qui permettaient ou non une adaptation à l'incongruence sensorielle. L’activité cérébrale des régions visuelles, somatosensorielles et pariétales postérieures a été enregistrée en électroencéphalographie, et quantifiée par la mesure de l’amplitude de potentiels évoqués visuels [Etude 1] et de la puissance des bandes de fréquences alpha (8-12 Hz), beta (15-25 Hz) et gamma (50-80 Hz) [Etudes 2 et 3]. Nous avons ainsi principalement mis en évidence que le mouvement visuoguidé entraînait une augmentation de l’activité au niveau des aires corticales visuelles. De plus, nous avons montré que le contrôle du mouvement en situation d’incongruence induisait une plus grande augmentation de l’excitabilité des cortex visuels, somatosensoriels et pariétaux postérieurs. Ces modulations reflèteraient des mécanismes de pondération du traitement de ces entrées sensorielles dans le but de s’adapter à cette situation. De manière intéressante, au niveau du cortex somatosensoriel, la situation d’incongruence sensorielle entraînait parallèlement une réduction iv spécifique de puissance gamma, probable reflet d’un état non adapté des participants, et qui pourrait bénéficier au contrôle du mouvement par réduction de l’intensité de l’incongruence. Enfin, nous avons mis en évidence que l’apprentissage moteur (ou le sur-apprentissage moteur) lors d’une tâche sans conflit ainsi que l’adaptation visuomotrice lors d’une tâche avec conflit conduisait à la réduction de l’activité au niveau du cortex occipital postérieur et du cortex pariétal postérieur droit. Nos travaux plaident en faveur de l‘existence de mécanismes de pondérations sensorielles qui permettent aux individus d'interagir de la façon la plus adaptée avec leur environnement en fonction du contexte sensoriel du mouvement. Plus généralement, nos résultats soutiennent l’idée que notre système nerveux est en mesure de moduler localement son activité en fonction de la pertinence du traitement des informations pour répondre aux exigences imposées par le contexte.

Domains

Neuroscience
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Dates and versions

tel-01461448 , version 1 (08-02-2017)

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  • HAL Id : tel-01461448 , version 1

Cite

Nicolas Lebar. Modulation du traitement cortical des informations visuelles et somatosensorielles en situation d’incongruence: une approche électroencéphalographique. Neurosciences. Aix Marseille Université, 2016. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01461448⟩
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