Thèse Année : 2020

Insights into body representation plasticity following tool-use: the role of vision and proprioception.

Aperçu de la plasticité de la représentation corporelle après l'utilisation d'outils : le rôle de la vision et de la proprioception.

Résumé

Tool-use is an essential component of the human behavioral repertory that allows us to extend the frontiers of our interaction with the environment. Several studies have shown that the use of a tool functionally extending arm length might change the arm representation toward a tool incorporation, inducing what is reported in the literature as a plasticity of the body representation for action. In my doctoral dissertation, I first investigated the contribution of proprioception in the paradigm of tool incorporation by assessing which proprioceptive modality is crucial for this incorporation in an elderly population whose online proprioception remains intact while offline, remembered proprioception is impaired. To this end, we compared the kinematic of reach and grasp movement performed before and after a tool-use session in which 60 years old participants were required to perform the same movements with a mechanical grabber. Results showed that participants modified the kinematic of the transport component of their movement to incorporate the tool as reported previously in younger adults. Most importantly, the kinematic incorporation of the tool was correlated to participant’s online proprioception acuity so that a better online proprioceptive acuity give rise to larger kinematics effects of tool-use. In the second part of my thesis, I wanted to examine how the use of a tool may modify the proprioception acuity itself. To this aim, I assessed the proprioception acuity through a Joint Position Sense test (JPS) in healthy adults, before and after tool-use. Strikingly, proprioception is more precise after tool-use. To confirmed tool incorporation in the arm representation after tool-use, I ran a second experiment in which I measured proprioceptive acuity before and after tool-use and, in addition, we asked participants to localize tactile stimuli delivered to their forearm before and after the use of the tool. The results showed that using a tool induces proprioceptive improvement for the arm that manipulates it that coexist with an updated representation of the arm that used the tool to be elongated. Finally, to examine the role of vision, I assessed the kinematic behavior of two blind populations, a congenitally blind group and a group of later onset. Participants performed a reach and grasp paradigm before and after tool-use to determine whether having experienced vision during youth is an absolute requirement for body representation plasticity to occur. In the two groups alike, we observed no kinematic modifications of arm reaching after tool-use. These results are in sharp contrast with those reported previously in healthy blindfolded participants and stresses the importance of vision during childhood and adolescence to enable tool incorporation in the body state estimate. Finally, in the discussion part I will go throw all my work to relate the results under the umbrella of body representation plasticity after tool-use.
L'utilisation des outils est une composante essentielle du répertoire comportemental humain qui nous permet d'étendre les frontières de notre interaction avec l'environnement. Plusieurs études ont montré que l’utilisation d’un outil allongeant fonctionnellement le bras pouvait changer la représentation du bras dans le cerveau. L’incorporation de l’outil dans la représentation du bras est connue dans la littérature comme un phénomène de plasticité de la représentation corporelle utile à l’action. Dans ma thèse de doctorat, j'ai d'abord étudié l'apport de la proprioception dans le paradigme de l'incorporation d'outil en déterminant quelle modalité proprioceptive est cruciale pour cette incorporation. Pour cela j’ai testé une population âgée de 60 ans et établi que leur proprioception « online » restait intacte alors que leur proprioception « offline » était altérée. Nous avons ensuite comparé, pour cette population vieillissante, la cinématique du mouvement de préhension effectué avant et après une session d'utilisation d'outil. Les résultats ont montré que l’incorporation de l’outil se traduit dans cette population par les mêmes changements cinématiques que ceux déjà rapportés dans une population plus jeune. De manière particulièrement intéressante la modalité « online » de la proprioception joue un rôle important dans le maintien de la plasticité de la représentation corporelle de l’action après l’utilisation d’outils. En effet, la taille des changements cinématiques liés au phénomène d’incorporation d’outil dépend de l’acuité proprioceptive. Ainsi, la proprioception est bien liée aux phénomènes d’incorporation des outils. Dans la deuxième partie de ma thèse, j’ai entrepris d’examiner comment l'utilisation d'un outil peut modifier la proprioception elle-même. A cette fin, j'ai testé la proprioception de participants adultes sains à l'aide d'un Joint Position Sense test (JPS), avant et après, une session d'utilisation d'outil. Les résultats ont montré que la proprioception s’améliore après l'utilisation d'un outil, cette amélioration est restreinte au bras ayant utilisé l’outil. Afin de confirmer que cette modification proprioceptive coexistait avec la modification de la représentation du bras, j'ai réalisé une deuxième expérience évaluant d’une part, l’acuité proprioceptive avant et après l’utilisation de l’outil, et d’autre part, la localisation de stimulations tactiles délivrées sur l’avant-bras. Les résultats ont montré que l'utilisation d'un outil induit une amélioration proprioceptive pour le bras qui le manipule, et ceci coexiste avec une représentation actualisée du bras qui utilise l'outil (allongement de la longueur du bras). Enfin, dans la dernière partie de ma thèse, j'ai étudié le rôle de la vision dans le phénomène d'incorporation d'outil. J'ai évalué le comportement cinématique de deux populations malvoyantes/non voyantes différant de par l’âge du début des déficits visuels dans un paradigme de préhension avant et après l'utilisation d'un outil. Nous n’avons pas retrouvé de modifications cinématiques induites par l’utilisation de l‘outil dans ces deux groupes. Ces résultats soulignent l’importance de la vision au cours de l’enfance et de l’adolescence pour permettre la mise en place des phénomènes de plasticité des représentations corporelles. Enfin, dans la partie discussion, je discuterai l’ensemble de mes résultats dans le cadre de la plasticité du schéma corporel après l’utilisation d’outil.
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Citer

Salam Bahmad. Insights into body representation plasticity following tool-use: the role of vision and proprioception.. Cognitive Sciences. Université Lumière Lyon 2, 2020. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04934668⟩
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