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Other titre : Role of the parietal cortex in sensory prediction error processing and the impact of incentives on neural activity during movement preparation

dc.contributor.advisorBernier, Pierre-Michel
dc.contributor.advisorWhittingstall, Kevin
dc.contributor.authorSavoie, Félix-Antoinefr
dc.date.accessioned2020-05-11T21:28:13Z
dc.date.available2020-05-11T21:28:13Z
dc.date.created2020fr
dc.date.issued2020-05-11
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11143/17019
dc.description.abstractSelon la théorie du contrôle rétroactif optimal, l’objectif du cerveau est de produire des mouvements qui maximisent la probabilité d’atteindre un objectif tout en minimisant les coûts énergétiques associés. Pour y arriver, le cerveau doit savoir s’adapter à de nouvelles relations sensorimotrices, car celles-ci occasionnent des erreurs qui mettent en péril l’atteinte de l’objectif moteur et nécessitent des corrections coûteuses. À cet effet, le premier objectif de cette thèse était d'investiguer le rôle du cortex pariétal dans le traitement des erreurs qui alimentent l'adaptation implicite à une nouvelle relation sensorimotrice. Pour y arriver, deux projets ont été réalisés. Dans le premier projet, l'électroencéphalographie (EEG) a été enregistrée chez 15 participants lors d'une tâche de pointage faisant usage d’une perturbation visuomotrice pour identifier la signature neuronale des erreurs qui induisent l'adaptation implicite. Les résultats ont révélé de fortes modulations d’activité EEG au-dessus des régions pariétales en réponse à ces erreurs, ce qui suggère que le cortex pariétal est impliqué dans leur traitement. Dans le deuxième projet, 28 participants ont reçu une stimulation magnétique transcrânienne (TMS) à impulsion unique au-dessus du cortex pariétal pour tenter d'établir un lien causal entre l’activité EEG observée dans le premier projet et les ajustements moteurs implicites occasionnés par une perturbation visuomotrice. Contrairement à notre hypothèse, la TMS à impulsion unique n'a pas eu d’impact détectable sur les ajustements moteurs encourus par une perturbation visuomotrice. Ceci suggère que l'activité neuronale observée dans le premier projet n’était peut-être pas causalement liée au processus d'adaptation implicite. Ensemble, ces résultats suggèrent que le cortex pariétal est sensible aux erreurs à l’origine de l’adaptation implicite, malgré qu’il ne soit peut-être pas directement impliqué dans l’émergence des ajustements moteurs implicites occasionnés par une rotation visuomotrice. Les réponses pariétales observées dans le premier projet pourraient donc être liées à une autre facette de l’adaptation sensorimotrice, telle que l’adaptation explicite, le contrôle en ligne ou encore la recalibration proprioceptive. Dans tous les cas, ces résultats sont un premier pas vers une meilleure compréhension du rôle des différentes régions cérébrales dans le processus d’adaptation sensorimotrice. En théorie, le cerveau devrait être plus enclin à mobiliser des ressources sensorimotrices lorsqu’un objectif a une plus grande valeur. En l’occurrence, le deuxième objectif de cette thèse était d'investiguer comment la valeur ajoutée d’un incitatif monétaire influence l’activité cérébrale pendant la préparation d’un mouvement. Pour ce faire, l'activité EEG fut enregistrée chez 23 participants alors qu’ils accomplissaient une tâche dans laquelle l'obtention de récompenses ou l'évitement de punitions dépendait de la précision d’un mouvement de pointage manuel vers une cible. Les résultats ont révélé de fortes modulations de puissance spectrale dans l’étendu de fréquence bêta (13 - 30 Hz) sur un vaste territoire pariéto-frontal dans des conditions avec, vs. sans incitatifs et ces modulations étaient corrélées avec la durée des mouvements (c.-à-d., la vigueur). Il est à noter que, bien que les incitatifs positifs et négatifs aient ultimement donné lieu à des profils de puissance spectrale bêta similaires, les incitatifs positifs ont modulé la puissance spectrale bêta nettement plus tôt que les incitatifs négatifs. Ainsi, ces résultats démontrent un lien entre l'activité oscillatoire bêta, la motivation et la vigueur. Par ailleurs, ils supportent des résultats récents montrant que le traitement de stimuli associés à des récompenses est plus rapide que celui de stimuli associés à des punitions.fr
dc.description.abstractAbstract: In the past two decades, many neuroscientists have framed motor control as an optimal feedback control problem. In this framework, it is thought that the brain aims to produce movements that maximize the probability of reaching the task goal and minimize motor costs. To do so, the brain must be able to adapt to novel sensorimotor relationships, as these cause errors that both jeopardize task success and necessitate costly corrective movements. In this light, the first goal of this thesis was to investigate whether the parietal cortex is involved in processing the errors thought to drive implicit adaptation to a novel sensorimotor relationship. To address this question, two projects were carried out. In the first project, electroencephalography (EEG) was recorded in 15 participants during a visuomotor perturbation task to identify the neural signature of implicit adaptation-driving errors. The results revealed strong parietal EEG responses to such errors, suggesting that the parietal cortex is involved their processing. In the second project, 28 participants received single-pulse transcranial magnetic stimulation (TMS) over the parietal cortex to try to establish a causal relationship between the EEG responses observed in the first project and the implicit motor output changes incurred by a visuomotor perturbation. In contrast to our hypothesis, single-pulse TMS had no detectable impact on the motor output changes incurred by the visuomotor perturbation, suggesting that the neural activity observed in the first project may not have been causally related to implicit adaptation per se. Overall, these results demonstrate that the parietal cortex is sensitive to the errors that drive implicit adaptation, although it may not contribute to implicit changes in motor output. Parietal responses to visuomotor perturbations may thus subtend some other aspect of performance improvement during adaptation, such as explicit adaptation, online control or proprioceptive recalibration. In any case, these results are a first step towards understanding how different brain areas contribute to performance improvement during adaptation. In theory, the brain should be willing to mobilize more sensorimotor resources to reach more valuable motor goals. Given this, the second goal of this thesis was to investigate how the added value of a monetary incentive influences neural activity during movement preparation. To do so, EEG was recorded as 23 participants undertook a monetary incentive delay task in which reward obtainment and/or punishment avoidance depended on the accuracy of a goal-directed reaching movement. During the delay period, strong beta frequency (13 – 30 Hz) spectral power modulations were observed over a broad parieto-frontal area in conditions with, vs. without incentives and these modulations correlated with movement times (i.e., vigor). Of note, although both positive and negative incentives gave rise to similar spectral beta power profiles late in the delay period, positive incentives modulated spectral beta power noticeably earlier compared to negative incentives. Thus, these findings provide a link between beta oscillatory activity, incentive motivation and vigor. Moreover, they support recent work showing that the processing of reward-predicting stimuli is quicker than that of punishment-predicting stimuli.fr
dc.language.isofrefr
dc.language.isoengfr
dc.publisherUniversité de Sherbrookefr
dc.rights© Félix-Antoine Savoiefr
dc.subjectAdaptation sensorimotricefr
dc.subjectRotation visuomotricefr
dc.subjectContrôle visuomoteurfr
dc.subjectErreur de prédiction sensoriellefr
dc.subjectÉlectroencéphalographiefr
dc.subjectIncitatifsfr
dc.subjectRécompensesfr
dc.subjectPunitionsfr
dc.subjectSensorimotor adaptationfr
dc.subjectVisuomotor rotationfr
dc.subjectVisuomotor controlfr
dc.subjectSensory prediction errorfr
dc.subjectElectroencephalographyfr
dc.subjectIncentivesfr
dc.subjectRewardsfr
dc.subjectPunishmentsfr
dc.titleRôle du cortex pariétal dans le traitement des erreurs de prédiction sensorielles et impact d’incitatifs sur l’activité cérébrale pendant la préparation d’un mouvement.fr
dc.title.alternativeRole of the parietal cortex in sensory prediction error processing and the impact of incentives on neural activity during movement preparationfr
dc.typeThèsefr
tme.degree.disciplineSciences des radiations et imagerie biomédicalefr
tme.degree.grantorFaculté de médecine et des sciences de la santéfr
tme.degree.levelDoctoratfr
tme.degree.namePh.D.fr


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