Les travaux de recherche menés au sein de cette thématique s’intéressent principalement aux interactions entre le système nerveux central et le muscle au cours de différentes tâches motrices, et ce pour mieux comprendre la performance humaine. Ces travaux s’inscrivent dans une approche pluridisciplinaire, (physiologie de l’exercice, neurosciences et biomécanique).
L’objectif principal est de mieux comprendre les déterminants sensorimoteurs de la performance physique et de la tolérance à l'effort physique chez le sujet sportif, sédentaire ou souffrant d'une pathologie.
- Rôle des afférences musculaires de type III-IV dans la régulation des fonctions neuromusculaires et cardiovasculaires au cours de l’exercice physique
- Une série d’études a mis en évidence le rôle clé des afférences musculaires de type III-IV, sensibles à l’accumulation de métabolites liés à la fatigue, dans la régulation de l’activation musculaire, de la fatigue périphérique et des réponses cardiorespiratoires à l’exercice. L’inhibition de ces afférences entraîne une accumulation métabolique accrue et altère l’apport d’oxygène aux muscles actifs. Chez le sujet sain, les afférences III-IV limitent l’activation musculaire tout en favorisant l’oxygénation, contribuant ainsi à préserver la fonction musculaire et la tolérance à l’effort. Ces travaux ont permis une avancée majeure dans la compréhension des mécanismes régulant la performance motrice / tolérance à l'effort, avec des implications importantes en réhabilitation, notamment chez les patients atteints de pathologies cardiovasculaires ou respiratoires. Dans la continuité, un nouvel axe de recherche collaboratif vise à étudier les effets d’interventions telles que l’entraînement avec restriction partielle du débit sanguin ou le renforcement des muscles respiratoires sur le tonus des afférences III-IV. L’objectif est d’améliorer la tolérance à l’effort et la performance, tant chez le sujet sain que chez certaines populations pathologiques.
- Altérations kinesthésiques et sensorimotrices en condition de fatigue induite par l'exercice : rôle des afférences III-IV et fusoriales
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La fatigue neuromusculaire altère les performances motrices et perturbe également les perceptions en lien avec l’exercice essentielles au contrôle sensorimoteur. Si les premières études attribuaient les altérations kinesthésiques post-exercice à des dommages musculaires ou à une augmentation de la perception de l’effort, ces hypothèses ont progressivement été remises en cause. Des travaux plus récents suggèrent que ces altérations résultent principalement de mécanismes centraux impliquant des perturbations des modèles internes et/ou du traitement somatosensoriel. En contrôlant la perte de force et en caractérisant l’origine centrale ou périphérique de la fatigue, nos études ont montré que les altérations kinesthésiques immédiates après l’exercice sont majoritairement d’origine centrale. En revanche, lorsque ces altérations persistent à 24 heures, des mécanismes périphériques, notamment une modification de la sensibilité des fuseaux neuromusculaires, semblent prédominer. Le travaux menés dans cet axe viseront à approfondir notre compréhension des mécanismes sous-jacents (i.e., rôle des afférences et intégration et/ou traitement des informations kinesthésiques au niveau du cortex somatosensoriel) impliqués dans le niveau de performance motrice en situation de fatigue.
- Des synergies musculaires aux synergies motoneuronales
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La production du mouvement nécessite la coordination de multiples effecteurs, ce qui a conduit notamment au concept de synergies musculaires pour expliquer comment le système nerveux pourrait simplifier le contrôle du mouvement. Ces synergies sont classiquement identifiées à partir de signaux électromyographiques (EMG) de surface, en supposant que la co-variation de l’activité musculaire reflète une proportion de commandes nerveuses en commun. En outre, cette approche implique que la plus petite unité d'analyse, et donc de contrôle, est le muscle. Or, le contrôle du mouvement s’exerce à l’échelle des motoneurones plutôt qu’à celle du muscle. Des études récentes de notre équipe ont montré que les motoneurones d’un même muscle peuvent recevoir des commandes différentes, incompatibles avec une synergie strictement musculaire. Dans ce contexte, cet axe de recherche propose d’étudier le contrôle du mouvement au niveau des motoneurones spinaux, en testant l’hypothèse de l'existence de synergies motoneuronales reposant sur des groupes fonctionnels recevant des entrées synaptiques communes. Ces travaux seront menés chez des sujets sains et des patients présentant des lésions du système nerveux, puis étendus au développement d'interfaces nerveuses Humain-machine.
- Facteurs de modulation de la réponse adaptative neuromusculaire à l'exercice physique aigu et chronique
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Cet axe de recherche vise à étudier la plasticité de la fonction neuromusculaire en réponse à l’exercice. Il s’intéresse aux adaptations aiguës survenant pendant et après l’exercice, notamment la fatigue et la récupération, ainsi qu’à leur lien avec le risque de blessures sportives, telles que la lésion des muscles ischio-jambiers. Les adaptations chroniques sont également étudiées dans le cadre de programmes d’entraînement et de réhabilitation, notamment après chirurgie bariatrique. Cette intervention peut induire des effets négatifs sur la fonction neuromusculaire via la libération de polluants neurotoxiques et une décharge mécanique importante liée à la perte de poids. L’approche méthodologique repose sur la dissociation des contributions centrales et périphériques à la production de force, à l’aide de techniques de stimulation couplées à des mesures de force et d’activité électromyographique (EMG).
Des exemples de projets financés
- Les synergies motoneuronales comme nouveau biomarqueur des altérations motrices (NEUROMOTOR, ANR APPG 2023)
- Mesure non-invasive du code nerveux du mouvement : vers une nouvelle génération d’interfaces neuronales Homme-machine (NEUROCOM, ANR ASTRID 2023)