Revisiting sensorimotor adaptation : new insights from inter-task transfer of after-effects in prism adaptation
Reconsidérer l'adaptation sensorimotrice : étude du transfert inter-tâche des effets consécutifs à l'adaptation prismatique
Résumé
The plasticity that characterizes our nervous system enables us to realize smooth and precise movement despite varying demands. The understanding and distinction of processes enabling to modify existing movements when facing a perturbation (adaptation) or to learn new ones (learning) represents a crucial challenge. Sensorimotor adaptation is reflected not only by the gradual error reduction during the perturbation but mostly by the presence of after-effects once the perturbation is removed. The nature of after-effects provides information concerning the modifications entailed in the sensorimotor system and thus the type of processes involved. The aim of this thesis was to shed light on the comprehension of sensorimotor plasticity processes. More precisely, we hypothesized that the transfer of after-effects to a task that has not been performed under the perturbation might uncover the contribution of distinct processes during sensorimotor adaptation. Therefore, the objective was to isolate the characteristics of processes favouring transfer. In addition, we aimed at investigating the role of the cerebellum in these processes. To complete these objectives, we used a behavioural approach through a prism adaptation paradigm, using googles laterally shifting the visual field. Our first study showed a transfer of after-effects acquired during pointing prism exposure to a throwing task. However, the transfer from throwing to pointing was possible only for experts in throwing. Thus, the expertise on the task performed during prism exposure strongly influenced the nature of processes at work to face the perturbation. In the second study, we demonstrated that prism adaptation by motor imagery of pointing movements under exposure leaded to substantial transfer to throwing movements. This was the case only for participants with high motor imagery abilities. Finally, using tDCS, the two last studies emphasized the possible role of the cerebellum in after-effects transfer. Altogether, these results underline the interest to study inter-task transfer of after-effects to unravel the contribution of distinct processes during sensorimotor adaptation, beyond the classical measure of after-effects. We propose that the development of transferable after-effects relies on sustained adjustments of sensorimotor system internal models. These modifications may be guided by sensory prediction errors and controlled by cerebellar regions. In a translational view, these fundamental findings paves the way for clinical perspectives of research to optimize the transfer of compensations from rehabilitation context to other daily life situations with patients with motor disorders.
La plasticité qui caractérise notre système nerveux nous permet de réaliser des mouvements fluides et précis malgré des conditions changeantes. La compréhension et la distinction des processus permettant de modifier un mouvement pour faire face à une perturbation (adaptation) et d’en apprendre de nouveaux (apprentissage) représentent un challenge majeur. L’adaptation sensorimotrice se reflète non seulement par la réduction graduelle d’erreurs induites par la perturbation mais surtout par la présence d’effets consécutifs une fois la perturbation supprimée. Les caractéristiques de ces effets consécutifs renseignent sur la nature des modifications opérées au sein du système nerveux central et ainsi sur le type de processus mis en jeu pour faire face à la perturbation. L’objectif de cette thèse était d’apporter des éléments théoriques à la compréhension et à la distinction des processus de plasticité sensori-motrice. Plus spécifiquement, nous faisions l’hypothèse que l’étude du transfert des effets consécutifs vers une tâche motrice n’ayant pas été pratiquée pendant la perturbation pouvait révéler la contribution de processus distincts durant l’adaptation sensorimotrice. Il s’agissait également d’investiguer les conditions favorisant le transfert des effets consécutifs. De plus, il était question d’étudier le rôle du cervelet dans les mécanismes du transfert. Au sein de nos différentes études, nous avons employé une approche comportementale à travers le paradigme de l’adaptation prismatique, en utilisant des lunettes qui dévient le champ visuel. Les résultats de notre première étude ont montré que les effets consécutifs développés lors de l’adaptation prismatique impliquant une tâche de pointage étaient transférables vers une tâche de lancer. Néanmoins, le transfert du lancer vers le pointage n’était possible que pour les experts en lancer. Ainsi, l’expertise sur la tâche pratiquée durant l’exposition prismatique conditionnait la nature des processus sollicités pour faire face à la perturbation. Dans une seconde étude, nous avons montré que l’adaptation prismatique par imagerie motrice permettait le transfert des effets consécutifs depuis le pointage vers le lancer, mais seulement pour les individus présentant de bonnes capacités d’imagerie motrice. Grâce à l’utilisation de la stimulation cérébrale transcrânienne à courant direct, les deux dernières études ont permis de souligner le possible rôle du cervelet dans le transfert des effets consécutifs. Au regard de ces apports, cette thèse souligne l’intérêt du transfert inter-tâche pour mettre en évidence la contribution de différents processus durant l’adaptation sensorimotrice, au-delà de la mesure classique des effets consécutifs. Le développement d’effets consécutifs transférables reposerait sur l’ajustement durable des modèles internes du système sensorimoteur. Ces modifications seraient guidées par les erreurs de prédictions sensorielles et impliqueraient des structures cérébelleuses. Dans une visée translationnelle, ces résultats fondamentaux permettent d’envisager des pistes d’applications dans le domaine de la recherche clinique, afin d'améliorer le transfert des compensations motrices acquises en rééducation vers d’autres contextes de la vie quotidienne chez des patients souffrant de désordres moteurs.
Origine : Version validée par le jury (STAR)