Électromyostimulation et cognition

Electromyostimulation and cognition

• Auteur / Autrice : Rémi Chaney
• Direction : Anne Tessier, Philippe Garnier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie
• Date : Soutenance le 11/12/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Cognition, Action, et Plasticité Sensorimotrice (CAPS) (Dijon)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Hélène Canu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Martin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Laurin, Julien Gondin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neurostimulation

Stimulation électrique

Cognition

Mots clés libres

Cognition

Électrostimulation

Exercice physique

Santé cérébrale

Brain health

Physical exercise

Cognition

Electrostimulation

Résumé

De nombreuses preuves scientifiques confirment les bienfaits de l'exercice physique (EX)sur la santé cérébrale, manifestés notamment par une amélioration de la cognition et de l'état émotionnel. Des investigations précliniques ont mis en évidence que le facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF, pour Brain-Derived Neurotrophic Factor) joue un rôle central dans les bénéfices cérébraux engendrés par l'EX. L'augmentation des taux de BDNF dans le cerveau, en réponse à l'EX, résulte d'une augmentation de l'activité neuronale, du flux sanguin cérébral, ainsi que de la sécrétion d'exerkines telles que l'irisine et le lactate par les muscles squelettiques. En dépit du lien solide entre la pratique de l'EX et les bienfaits pour la santé cérébrale, de nombreuses contraintes entravent la participation à un programme d'EX actif chez de nombreuses personnes. En conséquence, l'objectif principal de cette thèse a été d'évaluer si l'électromyostimulation (EMS), c'est-à-dire l'induction de contractions musculaires involontaires au moyen d'une source de courant exogène, pouvait représenter une alternative efficace à l'EX pour améliorer la santé cérébrale. Les résultats de cette thèse ont révélé que la stimulation d'une grande masse musculaire, entraînant des lésions musculaires substantielles, avait un effet délétère sur la neuroplasticité dépendante du BDNF chez le rat. En revanche, un protocole de stimulation appliqué au muscle quadriceps, générant de rares lésions musculaires, a permis l'induction d'une neuroplasticité dépendante du BDNF chez le rat, ainsi qu'une amélioration de la cognition et de l'humeur chez l'Homme. Même si aucun des protocoles de stimulation n'a eu d'impact sur les taux circulants d'irisine, ni sur l'activité neuronale et le flux sanguin dans les régions cérébrales associées à la cognition, il convient de noter que les effets bénéfiques sur le cerveau étaient positivement corrélés à la production de lactate en réponse à l'EMS, à la fois chez l'Homme et chez le rat. En conclusion, l'EMS comme méthode alternative à l'EX peut exercer des effets positifs sur la santé cérébrale, mais le choix du protocole s'avère crucial pour obtenir des bénéfices neuroplastiques et cognitifs optimaux.

Numerous pieces of evidence confirm the benefits of physical exercise (EX) on brain health, notably manifested by improvements in cognition and emotional state. Preclinical investigations have highlighted the central role of Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) in the cerebral benefits brought about by EX. The increase in BDNF levels in the brain in response to EX results from heightened neuronal activity, cerebral blood flow, as well as the secretion of exerkines such as irisin and lactate by skeletal muscles. Nonetheless, despite this robust evidence demonstrating the cerebral benefits of EX, numerous individuals are unable to engage in an active EX program due to various constraints. Consequently, the aim of this thesis was to evaluate whether Electrical Muscle Stimulation (EMS), i.e., the induction of involuntary muscle contractions through an exogenous current source, could represent an effective alternative to EX for improving brain health. The results of this thesis have revealed that stimulating a large muscle mass, leading to substantial muscle lesions, had a detrimental effect on BDNF-dependent neuroplasticity in rats hippocampus. In contrast, a stimulation protocol applied to the quadriceps muscle, generating rare muscle lesions, allowed for the induction of BDNF-dependent neuroplasticity in rats, as well as improvements in cognition and mood in humans. Although none of the stimulation protocols had an impact on circulating levels of irisin or on neuronal activity and cerebral blood flow in brain regions associated with cognition, it is worth noting that the beneficial effects on the brain were positively correlated with lactate production in response to EMS, both in humans and rats. In conclusion, EMS as an alternative method to EX can exert positive effects on brain health, but the choice of the protocol proves to be crucial in achieving optimal cognitive and neuroplastic benefits.