Using of transcranial direct-current stimulation during motor task for a better outcome

par Pierre Besson

Thèse de doctorat en Sciences du Mouvement Humain - MPL

Sous la direction de Stéphane Perrey.

Soutenue le 30-11-2017

à Montpellier , dans le cadre de École doctorale Sciences du mouvement humain (Marseille) , en partenariat avec EA 2991-M2H Movement To Health (Montpellier) (laboratoire) .

Le président du jury était Isabelle Laffont.

Le jury était composé de Stéphane Perrey, Aymeric Guillot, Philippe Marque, Remi Radel, Sébastien Scannella.

Les rapporteurs étaient Aymeric Guillot, Philippe Marque.

  • Titre traduit

    Coupler tâche motrice et stimulation transcranienne à courant continu pour un meilleur résultat


  • Résumé

    De tout temps, les humains ont cherché différents moyens pour améliorer leur quotidien. Avec les avancées technologiques actuelles, cette quête s’en trouve facilitée, notamment dans la volonté d’accroître leurs capacités cognitives et/ou motrices. La neuro imagerie permet dorénavant de renseigner les aires cérébrales activées lors de différentes tâches fonctionnelles. Il est aussi possible de moduler l’activité cérébrale en stimulant localement le cerveau avec de faibles courants électriques. Une des techniques les plus répandues à cet effet est appelée tDCS pour transcranial direct current stimulation. Il s’agit en fonction de la polarité du courant induit de moduler à la hausse (stimulation anodale) ou à la baisse (stimulation cathodale) l’excitabilité cortico-spinale en dépolarisant ou en hyperpolarisant la membrane des neurones, respectivement. Malgré une démocratisation grandissante de la neuromodulation via tDCS, les résultats rapportés par la communauté scientifique sont relativement hétérogènes. Les travaux initiés au début des années 2000 sont remis en cause par des résultats actuels faisant état d’une variabilité inter et intra individuelle assez importante. Cette pierre d’achoppement nécessite de développer de nouveaux protocoles d’application de la tDCS. Dans cette thèse, nous avons étudié plusieurs modalités d’application de la tDCS afin d’accroître la persistance des effets neuroplastiques induits et d’augmenter les performances comportementales. Deux études ont été menées afin de révéler dans un premier temps les apports induits par le couplage tâche motrice-tDCS pour ensuite mettre en avant les effets cumulatifs de la répétition de sessions de tâche motrice-tDCS avec pré conditionnement sur la performance motrice. La première étude à travers l’utilisation de la spectroscopie dans le proche infrarouge a permis de rapporter des changements hémodynamiques distincts subséquents au couplage tâche motrice-tDCS par rapport à des protocoles tDCS plus conventionnels. La primauté de l’utilisation concomitante de la tDCS à la tâche motrice a été révélée par la moindre activation du cortex sensorimoteur durant la stimulation ainsi que par une activation cérébrale retardée accrue qui pourrait représenter une réorganisation neuroplastique. La seconde étude s’est intéressée aux effets de la polarité du conditionnement lors de sessions répétées avec comme objectif d’améliorer l’apprentissage et la rétention du système sensorimoteur. Le conditionnement par tDCS était plus propice lors de sessions répétées à engendrer des performances motrices supérieures contrairement à la condition sham. La polarité cathodale engendrait une persistance prolongée. Les premiers résultats de ces travaux de thèse ont permis de défendre l’usage concomitant de la tDCS avec la tâche motrice. De futures recherches sont nécessaires afin d’étudier le transfert de ces résultats dans le monde de l’entraînement ainsi que celui de la réhabilitation.


  • Résumé

    Historically, humans have sought various ways to improve their daily lives. With the current technological advances, this quest is facilitated, especially in the desire to increase their cognitive and / or motor skills. Neuro imagery now makes it possible to inform the areas activated during different functional tasks. Today, it is now possible to modulate brain activity by stimulating the brain locally with weak electrical currents. One of the most common techniques for this purpose is called tDCS for transcranial direct current stimulation. The polarity of the induced current (anodal or cathodal stimulation) allows to modulate upward or downward cortico-spinal excitability by depolarizing or hyperpolarizing the membrane of the neurons, respectively. Despite a growing interest of neuromodulation techniques via tDCS, the results reported by the scientific community are relatively heterogeneous. The work initiated at the beginning of the 2000s is called into question by current results showing a rather large inter and intra variability. This stumbling block requires the development of new protocols for the application of anodal tDCS (atDCS). In this thesis, we were interested in optimizing atDCS protocols in order to increase the persistence of the induced-neuroplastic effects and to increase the behavioral performances. Two studies were carried out in order to first reveal the impact from the motor task/atDCS coupling and then to highlight the cumulative effects of multiple motor-tDCS task sessions with priming atDCS on motor performance. The first study through the use of near infrared spectroscopy allowed to report various hemodynamic changes subsequent to the motor task/atDCS coupling with respect to independent and controlled stimulation protocols. The primacy of the concomitant use of tDCS with the motor task was revealed by the slightest activation of the sensorimotor cortex during stimulation and by an increased delayed cerebral activation which could represent a neuroplastic reorganization. The second study examined the effects of repeated atDCS sessions with anoadal or cathodal tDCS priming in order to improve the learning and retention gains of the sensorimotor system. TDCS priming was more favorable for repeated atDCS sessions to generate higher motor performances contrary to sham. The cathodal polarity produced prolonged persistence. The major findings of this work allow to support the concomitant use of atDCS with the motor task. Future research is needed to study the transfer of these results into the fields of coaching and rehabilitation.


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