ActiVest

ALEXANDRA SEVERAC CAUQUIL

Fonction :

Maitresse de Conférences Université Toulouse III

Thématique :

Construction mutisensorielle du percept de mouvement de soi chez l'humain

Experience:

20 ans

Email:

alexandra.severac@cnrs.fr

ActiVest - Exploration fonctionnelle vestibulaire chez l’homme et le primate non-humain

État de l’art en matière d’activation vestibulaire

Des thématiques historiques comme l’équilibre et la posture aux considérations actuelles comme le comportement social et l’ingentivité, en passant par la cognition, les champs d’exploration de la fonction vestibulaire se multiplient.
En recherche fondamentale, les équipes recourent à divers modes d’activation. Expérimentée par Volta lui-même lors de son invention de la pile électrique, la stimulation galvanique est un outil ancien d’activation vestibulaire dans les investigations posturales et en neuroimagerie. En clinique, elle est beaucoup moins employée, au profit de l’épreuve calorique. D’autres modes de stimulation existent, comme les sons, sans oublier le stimulus naturel, le mouvement, sur traîneau ou fauteuil rotatoire.

La stimulation vestibulaire calorique

Cette méthode, développée par Robert Bárány, consiste à injecter un courant d'eau (ou d'air) froid (0,4°C à 20°C) ou chaud (44°C), dans le conduit auditif externe. La différence de température entre le corps humain et l'eau injectée forme un courant de convection dans l'endolymphe du canal semi-circulaire horizontal voisin. L'écoulement de l'endolymphe se fait dans des directions opposées selon la température utilisée (froide ou chaude). Chez la personne saine, il en résulte un nystagmus horizontal. Au niveau de l'oreille interne, l'activation se fait essentiellement dans le canal semi-circulaire horizontal, avec une contribution assez faible du canal vertical et une mobilisation restreinte de l'utricule et de la saccule. Cette activation se propage jusqu'au cortex cérébral, interagissant avec les processus neuraux des signaux de gravité et d'inertie.

La stimulation vestibulaire induite par le son

L'utilisation de la stimulation vestibulaire induite par la son consiste à envoyer, dans un casque porté par le sujet, des stimuli auditifs tels des claquements ou des salves de sons courts. Ces sons brefs et soudains déclenchent des potentiels myogéniques
enregistrables au niveau des muscles sterno-cléido-mastoïdiens situés dans la partie ventrale du cou. Cette méthode active principalement les voies neurales partant des organes otolithiques (essentiellement le saccule, détectant les accélérations verticales). Cette méthode est utilisée en électrophysiologie, mais également en IRM fonctionnelle.

La stimulation vestibulaire par traîneau ou fauteuil rotatoire

Le fauteuil rotatoire est une structure permettant de limiter ou non les mouvements du sujet qui se trouve assis dans celui-ci. Entre le dispositif et la tête du sujet, une tige verticale permet de mesurer en continu la position de la tête, à l'aide d'une bobine. Un système de mesure électrophysiologique peut être lié à ce même appareil via un appareil hydraulique. Un écran peut être placé devant le sujet pour utiliser des repères visuels ou susciter des mouvements oculaires. Il est alors possible d'enregistrer les mouvements de tête effectués de manière active par le sujet en réponse aux stimuli. Ces mouvements peuvent ensuite être reproduits de manière passive en contrôlant les mouvements du fauteuil, tout en bloquant les mouvements volontaires.

La stimulation vestibulaire galvanique

La stimulation vestibulaire galvanique est la méthode utilisée préférentiellement par notre équipe. Il s'agit de l'application d'un faible courant percutané par l'intermédiaire d'une anode et d'une cathode, placées sur les apophyses des mastoïdes opposées (derrière l'oreille). Bien qu'étant de faible intensité, ce courant est suffisant pour moduler le niveau d'hyperpolarisation des neuroépithéliums vestibulaires. Le taux d'excitation augmente dans les afférences vestibulaires ipsilatérales à la cathode, tandis qu'il diminue du côté de l'anode. Cette méthode de stimulation a l'avantage de proposer différentes configurations pour susciter un mouvement spécifique: vers l'avant, vers l'arrière, vers la gauche ou vers la droite.

crédit photo: Lopez, Blanke and Mast, “The human vestibular cortex revealed by coordinate-based activation likelihood estimation meta-analysis”, 2012

Objectifs de l’équipe

     • Comparer les différentes techniques d’activation vestibulaire
     • Décrire les effets de la stimulation galvanique sur différentes fonctions : posturales, oculomotrices, perceptives et cérébrales
   • Décrire le mode d’action de la stimulation galvanique en fonction des paramètres de stimulation : fréquence, intensité, durée et forme du
        stimulus
Pour in fine pouvoir proposer avec l’appui de données fondamentales le meilleur pattern de stimulation pour chacune des grandes fonctions dans lesquelles tout ou partie du système vestibulaire est impliqué.

Méthodes et techniques

Une fois la méthode d’activation vestibulaire la plus adaptée choisie (il s’agit de la stimulation vestibulaire galvanique pour notre thématique), il est important de pouvoir attester de la réponse adaptée du sujet, autant au niveau cérébral qu’au niveau comportemental. Une fois cette preuve d’efficacité de la stimulation obtenue, ces mêmes méthodes sont utilisées pour mesurer les réponses des sujets au cours des protocoles expérimentaux.

Imagerie fonctionelle
par résonance magnétique(IRMf)

L'IRMf est une technique d'imagerie cérébrale mesurant in vivo l'activité des aires cérébrales. Elle repose sur un concept biologique simple: lorsqu'une zone cérébrale est activée, elle demande un afflux sanguin plus important afin de couvrir les besoins métaboliques engendrés. Cet afflux va induire une modification du rapport entre oxyhémoglobine et désoxyhémoglobine, entraînant l'apparition d'un signal magnétique mesurable dans l'IRM, c'est le signal BOLD. L'IRM permet également de mesurer la connectivité entre différentes régions cérébrales chez un sujet au repos ou plus simplement d'obtenir une image anatomique du cerveau.

Imagerie fonctionnelle spectroscopique proche infrarouge (fNIRS)

La fNIRS est l'application à l'imagerie cérébrale de la spectroscopie proche infrarouge. Cette méthode permet de mesurer le signal BOLD, tout comme l'IRMf, c'est-à-dire mesurer l'oxygénation d'une aire cérébrale et d'en déduire son niveau d'activité. La fNIRS est complémentaire à l'IRMf dans la mesure où elle permet de placer le sujet dans plusieurs postures, contrairement à l'IRMf qui nécessite que le patient soit allongé. En revanche, la fNIRS fonctionnant via un bonnet à l'instar de l'EEG, ne permet pas une grande profondeur de mesure et servira donc plutôt à l'analyse de zones corticales.

Mesures psychophysiques

La psychophysique peut se définir comme une mesure de la capacité à détecter un signal, ou à différencier deux stimulations de même nature si leurs intensités sont très voisines. Elles sont effectuées en mettant à la disposition du sujet un système lui permettant de répondre (bouton, joystick, ...) à une stimulation. La mesure psychophysique vient compléter les mesures biologique (IRMf et fNIRS) en donnant une mesure subjective du percept du sujet. Cette méthode est indispensable en complément des précédentes pour s'assurer que le sujet perçoit consciemment le stimulus induit lors de l'expérimentation.

Les membres d’Activest

Alexandra Séverac Cauquil
CerCo CNRS/UT3

Alexandra Séverac Cauquil, maîtresse de conférences CerCo/UT3 a une expertise internationale sur le système vestibulaire, l'intégration visuo-vestibulaire chez l'homme et est un leader de la stimulation galvanique vestibulaire en France.
Elle a précédemment coordonné des projets sur la réhabilitation vestibulaire par le biais de la GVS, les interactions visuo-vestibulaires pour la posture, la récupération de la vision post-AVC et la vision 3D dans la maladie de Parkinson. Son projet actuel au sein de l'équipe SV3M au CerCo porte sur la stimulation vestibulaire galvanique et l'identification par IRM fonctionnelle de l'intégration visuo-vestibulaire corticale. Elle coordonne le projet « In-Vest » financé par l’ANR-21-CE37-0023-01.

Stéphane Besnard
Univ. de Caen-Normandie

Stéphane Besnard est MCU/PH de physiologie à la faculté de médecine de l'Université Caen-Normandie et neurophysiologiste au CHU de Caen. Il est le directeur de l'URU naissante VertEx (Vertige Extreme) et a été membre de l'unité COMETE pendant 12 ans. Ses sujets portent sur le système vestibulaire, l'intégration multisensorielle et le mal des transports, ainsi que sur le développement biotechnologique associé. Ses projets dans le domaine de la neurophysiologie portent sur des modèles humains et murins. Il a été à la tête de la commission médicale pour les vols paraboliques et est actuellement impliqué dans le projet Deep Time. Il est également le co-fondateur de deux start-up MEDTECH.

Jean-Baptiste Durand
CerCo CNRS/UT3

Jean-Baptiste Durand est chercheur CNRS au CerCo depuis octobre 2010. Après une maîtrise en neurophysiologie et neurosciences à l’UT3, puis un doctorat au CerCo portant sur le traitement cortical de l’espace visuel tridimensionnel dans l’aire visuelle primaire du singe vigile, il a effectué un post-doctorat à l’Université Catholique de Louvain en Belgique avant d’intégrer à nouveau le CerCo en tant que chargé de recherche. Il codirige actuellement l’équipe SV3M et y étudie le système visuel, tant chez les primates humains que non humains. Ses recherches sont basées sur une approche comparative homme/singe et s'appuient sur des techniques complémentaires : psychophysique, imagerie fonctionnelle (IRMf) et électrophysiologie.

Sarah Marchand
CerCo CNRS/UT3

Sarah Marchand est doctorante au CerCo depuis janvier 2022. Après un master Neurosciences, Comportement, Cognition à l'UT3, elle a rejoint le CerCo et l'équipe SV3M pour effectuer sa thèse sous la co-direction d'Alexandra Séverac Cauquil et Jean-Baptise Durand. Au cours de ses premières expériences en recherche, elle a travaillé avec des modèles très divers (ovins, caprins, murins, canins et félins) sur des problématiques portant sur la parasitologie, la cognition animale et l'intelligence sociale. Elle s'intéresse fortement à la cognition comparée et son projet actuel porte sur l'intégration d'informations visuelles et vestibulaires dans une étude comparative portant sur le primate humain et non humain faisant intervenir de l'IRMf.

Publications récentes

02/2021

Connectivity of the cingulate sulcus visual area (CSv) in macaque monkeys

V De Castro, AT Smith, AL Beer, C Leguen, Nathalie Vayssière, Yseult Héjja-Brichard, P Audurier, BR Cottereau, JB Durand

08/2020

Vestibular Modulation of Long-Term Potentiation and NMDA Receptor Expression in the Hippocampus

Paul F. Smith, Bruno Truchet, Franck A. Chaillan, Yiwen Zheng, Stephane Besnard

06/2020

Vestibular stimulation by 2G hypergravity modifies resynchronization in temperature rhythm in rats

Tristan Martin, Tristan Bonargent, Stéphane Besnard, Gaëlle Quarck, Benoit Mauvieux, Eric Pigeon, Pierre Denise & Damien Davenne

01/2020

Dynamics of the straight-ahead preference in human visual cortex

Olena V Bogdanova, Volodymyr B Bogdanov, Jean-Baptiste Durand, Yves Trotter, Benoit R Cottereau

01/2019

Antero-Posterior vs. Lateral Vestibular Input Processing in Human Visual Cortex

Felipe Aedo-Jury, Benoit R Cottereau, Simona Celebrini, Alexandra Severac Cauquil

09/2015

V6 is active during antero-posterior but not in lateral galvanic vestibular stimulation

Felipe Aedo-Jury, Simona Celebrini, Benoit Cottereau, Maxime Rosito, Alexandra Séverac-Cauquil

Projets en cours

Retrouvez dans cette section les projets menés en parallèle par les différents membres de l’équipe ActiVest.

In-Vest

In-Vest est un projet coordonné par Alexandra Séverac Cauquil. Il s'agit d'une collaboration entre le CerCo (CNRS/UT3, Toulouse), le CLLE (CNRS/UT2J, Toulouse) et VERTEX (Univ. Caen-Normandie). L'objectif est de mieux définir le fonctionnement du système vestibulaire, en développant un outil de recherche et de réhabilitation pour stimuler le système vestibulaire, qui au cours de ce projet, nous servira à comprendre le rôle de facteurs tels que le vieillissement ou la posture sur l'activation du système vestibulaire.

Evenements à venir

Du 3 au 7 juillet 2023
Ecole d'été Vertinnovation

L'école d'été VertInnovation, organisée par le GDR Vertige, est une formation intensive d'une semaine axée sur la recherche en otoneurologie et les désordres vestibulaires. Elle propose des cours théoriques dispensés par des experts internationaux, des ateliers pratiques en petits groupes et se déroule chaque année en juillet sur le campus St Charles de l'Université d'Aix-Marseille. Seize participants sont sélectionnés sur dossier et reçoivent une attestation de participation à la fin de l'école d'été. Cette année, deux membres de l'équipe Activest seront présentes lors de l'école d'été VertInnovation.

Evenements passés

Du 24 au 26 mai 2023
NeuroFrance 2023

Le congrès NeuroFrance est un événement majeur dans le domaine des neurosciences en France, réunissant des chercheurs, des cliniciens et des étudiants intéressés par les avancées de la recherche sur le cerveau et le système nerveux. C'est une plateforme pour présenter et discuter des dernières découvertes et innovations dans le domaine. En 2023, NeuroFrance s'est déroulé à Lyon et l'équipe Activest a eu l'occasion de présenter un poster portant sur les caractéristiques induisant une forte activation de la région V6 dans le cadre de la perception multisensorielle du mouvement de soi.

Du 9 au 11 mai 2022
XXXI Bárány Society Meeting

Le congrès Barany se concentre sur les avancées majeures en médecine vestibulaire et fournit un aperçu des derniers développements de la recherche dans les domaines de la biologie moléculaire, de la neurophysiologie et du diagnostic par imagerie, du traitement médical et chirurgical et de la rééducation. L'équipe Activest a présenté deux posters à cette occasion : l'un portant sur l'implication de la région V6 dans la perception du mouvement de soi, l'autre traitant de l'utilisation de la fNIRS en association à la stimulation vestibulaire galvanique.

Septembre 2022
GDR Vertige

L’édition 2022 du Colloque du GDR Vertige était consacrée à la thématique du mal des transports. Depuis plusieurs décennies la réhabilitation des fonctions vestibulaires s’appuie sur les découvertes de la recherche fondamentale et clinique sur les mécanismes favorisant la compensation vestibulaire. Ces mécanismes incluent à la fois des actions visant à favoriser les substitutions sensorielles et comportementales, la prise en charge pharmacologique, ou encore la prise en charge psychologique des patients.