Étude en imagerie multimodale de la neuroplasticité induite par des vibrations musculo-tendineuses après une atteinte corticospinale

Les vibrations focales musculo-tendineuses induisent une sensation de mouvement sans déplacement réel, sollicitant spécifiquement la kinesthésie. Cette stimulation a montré des effets neuroprotecteurs sur les réseaux sensorimoteurs lors d’immobilisations prolongées, et tend à favoriser la récupération des capacités motrices. Toutefois, les preuves concernant l’intégrité des réseaux qu’elles sollicitent et leur impact sur la neuroplasticité dans les pathologies neurologiques demeurent limitées. Cette thèse explore les intégrations cérébrales des informations sensorielles induites par les vibrations focales musculo-tendineuses chez des patients présentant une pathologie neurologique dégénérative, la sclérose latérale amyotrophique (SLA), ou acquise, l’accident vasculaire cérébral (AVC).

Pour caractériser les altérations des réseaux sensorimoteurs, l’activation cérébrale a été étudiée en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) lors de vibrations focales musculo-tendineuses chez des patients atteints de SLA et post-AVC. Chez les patients atteint de SLA, les activations du cortex sensorimoteur primaire sont préservées, tandis que les aires pré-frontales et cérébelleuses présentent des altérations suggérant une réorganisation pathologique associée aux déficits moteurs et cognitifs. La perception du mouvement est réduite, révélant un trouble de la kinesthésie encore peu documenté. Chez les patients post-AVC, la perception du mouvement est également altérée et s’accompagne d’une diminution d’activation du cortex postcentral ipsilésionnel, liée au volume lésionnel, illustrant une asymétrie interhémisphérique.

Afin d’évaluer les effets des vibrations sur les capacités motrices et la neuroplasticité mesurée par électroencéphalographie (EEG), une étude multicentrique, contrôlée, randomisée et en double aveugle a été conduite chez des patients post-AVC. Les résultats préliminaires mettent en évidence des améliorations concomitantes, à la fois cliniques et neuroplastiques. L’ajout des vibrations focales à la rééducation pourrait ainsi faciliter l’apprentissage de séquences motrices complexes.

Une revue de la littérature sur la rééducation dans la SLA montre que, malgré la neurodégénérescence, une plasticité résiduelle peut être mobilisée. Six études indiquent que les exercices actifs ralentissent davantage la perte motrice que les approches passives. Une étude rapporte également que la stimulation transcrânienne à courant continu ou « transcranial direct current stimulation » (tDCS) restaure l’inhibition intracorticale et améliore la force musculaire, ouvrant la voie à des stratégies prometteuses pour freiner la dégradation motrice.

L’originalité de cette thèse réside dans les analyses conjointes des altérations cliniques et neuroplastiques dans deux pathologies neurologiques par imagerie multimodale. Elle met en évidence l’effet d’un protocole de vibrations focales musculo-tendineuses sur la neuroplasticité et ouvre la voie à des stratégies de rééducation innovantes. Enfin, ce travail souligne l’importance d’intégrer l’évaluation de la kinesthésie dans le bilan clinique des pathologies neurologiques. Cela permettrait aux rééducateurs de personnaliser la prise en charge en y ajoutant des stimulations kinesthésiques — par vibrations focales musculo-tendineuses ou exercices proprioceptifs — et, ainsi, d’optimiser la récupération des fonctions motrices.

A Multimodal Imaging Study of Vibration-Induced Neuroplasticity Following Corticospinal Injury

Focal muscle-tendon vibrations induce an illusion of movement without actual displacement, specifically engaging kinesthetic pathways. This stimulation has demonstrated neuroprotective effects on sensorimotor networks during prolonged immobilization and shows potential for enhancing motor recovery. However, evidence regarding the integrity of these networks and their impact on neuroplasticity in neurological disorders remains limited. This thesis investigates the cerebral integration of sensory information induced by focal muscle-tendon vibrations in patients with degenerative (e.g., amyotrophic lateral sclerosis [ALS]) and acquired (e.g., stroke) neurological disorder.

To characterize sensorimotor network alterations, brain activation was assessed using functional magnetic resonance imaging (fMRI) MRI during focal muscle-tendon vibration in patients with ALS and post-stroke.

In ALS patients, the primary sensorimotor cortex remained preserved, whereas prefrontal and cerebellar regions exhibited alterations, suggesting pathological reorganization linked to motor and cognitive deficits. Movement sensation was impaired, revealing an understudied kinesthetic disorder.

In stroke patients, movement sensation was also altered, accompanied by a reduced activation in the ipsilesional postcentral cortex — a finding correlated with lesion volume and indicative of interhemispheric asymmetry.

To evaluate the effects of vibration on motor capacities and neuroplasticity (measured via electroencephalography, EEG), a multicenter, controlled, randomized, double-blind study was conducted in stroke patients. Preliminary results highlight concurrent clinical and neuroplastic beneficial effects, suggesting that incorporating focal vibrations into rehabilitation may enhance their balance during complex motor sequences.

A review on ALS rehabilitation revealed that, despite neurodegeneration, residual plasticity can be harnessed. Six studies indicated that active exercises slow motor decline compared to passive approaches. One study reported that tDCS restores intracortical inhibition and improves muscle strength, offering promising avenues to mitigate motor deterioration.

This thesis combined analysis of clinical and neuroplastic alterations across two neurological disorders using multimodal neuroimaging. It demonstrates the effects of focal muscle-tendon vibration protocols on neuroplasticity and paves the way for innovative rehabilitation strategies.

Finally, this work underscores the importance of integrating kinesthetic assessment into the clinical evaluation of neurological disorders. Such an approach enables therapists to personalize interventions by incorporating kinesthetic stimulation—through focal muscle-tendon vibrations or proprioceptive exercises—to optimize motor function recovery.