THE NEURAL BASIS OF VISUO-MOTOR CONTROL

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Serval ID
serval:BIB_D83302AF2B80
Type
PhD thesis: a PhD thesis.
Collection
Publications
Institution
Title
THE NEURAL BASIS OF VISUO-MOTOR CONTROL
Author(s)
ZEUGIN DAVID
Director(s)
Ionta Silvio
Codirector(s)
Wolfensberger Thomas
Institution details
Université de Lausanne, Faculté de biologie et médecine
Publication state
Accepted
Issued date
2021
Language
english
Abstract
To perform accurate movements, we need to integrate vision and other sensory modalities. The neural correlates of such visuo-motor integration are not fully understood yet. To fill this gap, the present PhD project exploited transcranial magnetic stimulation (TMS) in the human brain to (i) investigate how the nature of a visual stimulus, integrated with proprioceptive information, influences behavior and (ii) determine the role of the visual cortex on the neural excitability of the motor cortex. To the first aim, 1 assessed how the role of the temporo­ parietal junction (TPJ, known for integrating different sensory inputs) in visuo-proprioceptive face-related input varies as a function of identity (self-face, other-face) (Study A). Subjects performed mental rotation of face images. Results showed that a TMS-induced inhibition of TPJ determined slower responses for self- than other-faces, both faster with respect to the control condition. These findings revealed that TPJ is therefore involved not only in perception but also in mental multisensory processing. To the second aim (Study B and C) 1 established how neural activity in the primary visual cortex (V1) affects the neural excitability of the ipsilateral (Study B) and contralateral (Study C) primary motor cortex (M1), in both the dominant and non-dominant cerebral hemispheres. V1 was TMS-inhibited and the consequences on cortical excitability of M1 were measured via motor evoked potentials. Study B showed that the inhibition of V1 reduced the M1 excitability and increased inter­ cortical inhibition, with more pronounced effects in the non-dominant hemisphere. These findings established the causative role of V1 over M1, with further hemispheric asymmetries. Study C confirmed the results of Study Band further showed the role of subcortical structures in the V1-M1 interaction. ln Study DI provided a more mechanistic explanation of how neural inhibition in a brain region (e.g. V1) can affect the neural excitability of M1. Thus, 1 summarized the available evidence about the possible origins of inhibition in motor contrai, with a specific focus on the role of subcortical structures and providing new insights about the possible neural pathways of visuomotor control. Altogether, visuomotor integration comprises· complex exchanges between sensory visual input and motor output. The better understanding of such visuomotor interactions can be beneficial for further developments in experimental settings and for boosting the implementation of innovative rehabilitation and training programs.
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Pour effectuer des mouvements précis, nous devons intégrer, entre autres modalités sensorielles, la vision, dont la base neuronale n'est pas encore totalement co mprise . Ce projet de doctorat a exploité la stimulation magnétique transcrânienne da_ns le cerveau humain pour, d'une part, étudier comment la nature d'un stimulus visuel intégré aux informations proprioceptives influence le comportement et, d'autre part, déterminer le rôle du cortex visuel dans l'excitabilité neuronale du cortex moteur. Premièrement, j'ai évalué comment l'intégration visuoproprioceptive liée au visage varie en fonction de l'identité (propre visage ou visage d'autrui) dans la jonction temporo-pariétale (TPJ) connue pour intégrer différentes entrées sensorielles (étude A). L'étude impliquait la rotation mentale d'images de visages et a montré qu'une inhibition du TPJ a induit des réponses plus lentes pour les visages propres que pour les visages d'autrui, néanmoins toutes deux plus rapides que la condition de contrôle. Ces résultats ont révélé l'implication de TPJ dans la perception et le traitement multisensoriel. Deuxièmement (études B et C), j'ai établi comment l'activité neuronale dans le cortex visuel
primaire (V1) affecte l'excitabilité neuronale du cortex moteur primaire (M1) ipsilatéral (étude
B) t contralatéral (étude C), dans les hémisp.hères cérébraux respectivement dominant et non dominant. V1 a été inhibé et les conséquences sur l'excitabilité corticale de M1 ont été mesurées par des potentiels évoqués moteurs. L'étude B a montré que l'inhibition de V1 réduisait l'excitabilité de M1 et augmentait l'inhibition intercorticale, avec des effets plus prononcés dans l'hémisphère non dominant. Ces résultats ont établi le rôle causal de V1 sur M1, avec des asymétries hémisphériques. L'étude Ca confirmé les résultats de l'étude B et a montré le rôle de structures sous-corticales dans l'interaction V1-M1. Dans l'étude D, j'ai fourni une explication fonctionnelle de l'inhibition neuronale d'une région du cerveau (par exemple V1) sur M1. J'ai résumé les preuves disponibles sur les origines possibles de l'inhibition dans le contrôle moteur, le rôle des structures sous-corticales et les voies
neuronales possibles du contrôle visuomoteur. L'intégration visuomotrice comprend des échanges complexes entre l'entrée sensorielle visuelle et la sortie motrice. Une meilleure compréhension de ces interactions visuomotrices est certainement profitable pour de futurs développements expérimentaux et pour stimuler la. mise en oeuvre de programmes de réhabilitation et d'entraînements innovants.
Create date
13/09/2021 11:20
Last modification date
14/09/2021 5:41
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