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Vieillissement pathologique : la maladie de Parkinson
Généralités
L’augmentation de l’espérance de vie a considérablement augmenté le risque de dé- velopper des maladies neurodégénératives. Ces maladies vont provoquer une perte neu-ronale plus rapide et ciblée par rapport à un vieillissement dit normal. Le nombre de per-sonnes développant ce type de pathologie continuera d’augmenter au fil des années. L’origine de ces maladies n’est toujours pas clairement identifiée mais quelques pistes tendent vers des facteurs génétiques et/ou des facteurs externes comme l’exposition à des pesticides ou métaux lourds. En France, les maladies neurodégénératives les plus fré-quentes sont la maladie d’Alzheimer ainsi que la maladie de Parkinson. On estime, en France, qu’environ 1 million de personnes sont atteintes de la maladie d’Alzheimer et en-viron 160 000 pour la maladie de Parkinson. Les maladies neurodégénératives peuvent modifier la capacité à se déplacer librement ce qui est une composante primordiale de l’autonomie. La mobilité est d’autant plus affectée chez les personnes atteintes de la ma- ladie de Parkinson puisque cette dernière provoque en premier lieu des troubles mo-teurs.
Définition
La maladie de Parkinson est une maladie neurodégénérative qui est caractérisée par des troubles moteurs dus à l’atteinte progressive des neurones dopaminergiques au ni- veau de la pars compacta de la substance noire située dans les ganglions de la base. Cette région est impliquée dans l’initiation et le contrôle du mouvement mais également dans des fonctions émotionnelles et cognitives (Bartels & Leenders, 2009). Les ganglions de la base sont impliqués dans un réseau complexe de boucles afférentes et efférentes, que l’on appelle circuit moteur, permettant l’intégration de différentes régions nécessaires à la réalisation d’un mouvement (voir Figure 3 – Circuit moteur au niveau des ganglions de la base. STN = noyau subthalamique, GPi = globus pallidus interne, GPe = globus pallidus externe. Tiré de Rodriguez- Oroz et al. (2009).). Il existe deux voies dans ce circuit moteur : la voie directe et la voie indi-recte. La voie directe exerce une action facilitatrice et va donc permettre la réalisation du mouvement. La voie indirecte, quant à elle, permet d’inhiber un mouvement indésirable an agissant comme un filtre bloquant. Pour inhiber le mouvement, le putamen va bloquer l’inhibition du globus pallidus externe sur le noyau subthalamique. Ce dernier étant exci-tateur, il va permettre l’inhibition du globus pallidus interne sur le thalamus. Le thalamus étant inhibé, l’information motrice ne sera pas transmise au cortex.
La dopamine de la substance noire permet de faciliter le mouvement en renforçant l’excitation de la voie directe en stimulant le putamen. Elle va également permettre la réalisation d’un mouvement par la voie indirecte en bloquant l’inhibition du putamen et du globus pallidus interne sur le thalamus. Ainsi, la déplétion dopaminergique va pertur-ber le fonctionnement des boucles motrices et modifier l’équilibre au niveau des neuro-transmetteurs. La diminution de dopamine va engendrer un surplus d’acétylcholine et de glutamate er provoquer des symptômes moteurs (McKinley et al., 2019).
Symptômes
Les symptômes moteurs vont apparaitre lorsque la perte dopaminergique est d’envi-ron 60 à 80 %. Elle est composée d’une triade de symptômes moteurs : bradykinésie-aki-nésie, rigidité et tremblement de repos (Bartels & Leenders, 2009). La bradykinésie est le ralentissement des mouvements volontaires et l’akinésie correspond à une difficulté à initier un mouvement. Ces deux symptômes vont particulièrement affecter les séquences de mouvement ou ceux nécessitant la coordination de plusieurs membres. La rigidité, pro-voquée par une tension des muscles, va contribuer à la difficulté d’exécution des mouve-ments. Elle peut toucher aussi bien l’ensemble du corps que des parties plus localisées (mains, colonne vertébrale, articulations, etc.). Enfin, les tremblements sont des mouve-ments oscillatoires de muscles agonistes et antagonistes. Ils apparaissent généralement dès que la partie du corps concernée cesse de bouger. Le plus souvent, les tremblements vont toucher des extrémités de membres (pied, main, voire doigt). Les troubles moteurs vont provoquer des troubles de la marche et de l’équilibre. Les personnes atteintes de la maladie vont avoir des pas plus courts, un balancement des bras moins ample et/ou piétiner sur place. Certaines personnes vont jusqu’à être bloquées au moment d’initier la marche (en anglais, “freezing of gait”) avec la sensation d’être collés au sol. Ces blocages surviennent la plupart du temps dans des situations de stress ou nécessitant un effort mental imposé par l’environnement.
La maladie de Parkinson peut également provoquer des troubles cognitifs, pouvant aller jusqu’à la démence dans les formes avancées de la maladie. Les troubles cognitifs peuvent se manifester à des stades débutants de la maladie. Généralement, les patients vont présenter des troubles exécutifs. Ils vont montrer des difficultés dans des tâches né-cessitant de la flexibilité, de la planification, de l’inhibition, de la résolution de problème (pour revue voir Dirnberger & Jahanshahi, 2013). Ils vont également montrer des difficultés attentionnelles notamment dans le contrôle interne de l’attention. Les patients seront moins performants lorsqu’une tâche va nécessiter de diriger leur attention volontairement (Brown & Marsden, 1988). La capacité de double tâche sera également affectée chez les patients (Wu & Hallett, 2008). Le fait de réaliser une tâche additionnelle simultané-ment requiert de fournir encore plus de contrôle volontaire. Les déficits seraient princi-palement dus à des ressources limitées. La réalisation d’une tâche individuelle va déjà demander plus d’efforts chez les patients. De ce fait, ajouter une tâche secondaire va engendrer un dépassement des ressources exécutives. Ces troubles cognitifs, additionnés aux troubles moteurs, vont rendre les personnes atteintes de la maladie de Parkinson particulièrement vulnérables au risque de chute (Mirelman et al., 2019b).
Evolution
La maladie de Parkinson est une maladie progressive qui va provoquer un handicap fonctionnel au fur et à mesure de son évolution. L’évolution de la maladie est variable entre les individus. Généralement, la maladie de Parkinson est composée de 3 phases :
– Lune de miel (1-8 ans) : le traitement pharmacologique est efficace, le patient est peu gêné par les symptômes et continue de mener une vie normale
– Fluctuations (4-5 ans) : apparition des fluctuations motrices et de symptômes non moteurs
– Avancée : apparition des signes axiaux, troubles cognitifs et perte d’autonomie
La sévérité de la maladie peut être évaluée en utilisant l’échelle de Hoehn et Yahr, développé en 1967 par Margaret Hoehn et Melvin Yahr. Cette échelle est composée de 5
stades, où plus le stade est élevé, plus l’atteinte est sévère :
– Stade 1 : les symptômes n’interfèrent pas les activités de la vie quotidienne, l’at-teinte est unilatérale
– Stade 2 : les symptômes commencent gêner les patients et l’atteinte est bilatérale, le patient reste toutefois autonome
– Stade 3 : présence d’un handicap fonctionnel modéré avec une instabilité postu-rale, le patient est toujours autonome
– Stade 4 : présence d’un handicap fonctionnel sévère mais le patient est toujours capable de se déplacer sans aide
– Stade 5 : le patient n’est plus en capacité de se déplacer sans aide ou est alité
Traitements
Les traitements standards pour la maladie de Parkinson sont les traitements pharma-cologiques. Il existe plusieurs types de traitements pharmacologiques :
– Les précurseurs de la dopamine qui vont accroitre le taux de dopamine
– Les agonistes de dopamine qui vont stimuler les récepteurs dopaminergiques
– Les inhibiteurs de monoamine oxydase qui réduisent la dégradation de la dopa-mine
Toutefois, les traitements médicamenteux peuvent induire des effets secondaires (nausées, somnolence, addiction, hallucination, etc.) et provoquer des fluctuations mo- trices. Les effets bénéfiques s’amenuisent avec le temps et, à l’inverse, les effets secon-daires s’amplifient. En moyenne, 50% des personnes atteintes de la maladie de Parkinson vont développer une fluctuation de la symptomatologie dans les 5 ans suivants le début du traitement pharmacologique.
Il est également possible de recourir à des traitements chirurgicaux comme la stimu- lation cérébrale profonde. Le principe est d’implanter des électrodes au niveau des noyaux sous-thalamiques ou le globus pallidus interne au niveau des ganglions de la base afin de moduler leur activité. En recevant des impulsions électriques à haute fréquence mais de faible intensité, les neurones dopaminergiques sont stimulés et par conséquent la production de dopamine l’est également. Il est important de préciser que ce traitement est limité à un certain type de patients correspondant à plusieurs critères de sélection précis. Par ailleurs, ce traitement est un acte chirurgical qui n’est pas sans risque pour les patients.
Enfin, il est possible d’avoir recours à des traitements non pharmacologiques comme l’activité physique et de rééducation. Comme mentionné précédemment, l’activité physique va stimuler la plasticité cérébrale et la production de dopamine (Petzinger et al., 2010). Il peut s’agir d’activité physique au quotidien, d’activités sportives, de rééducation fonctionnelle avec des programmes spécifiques. Le type d’activité est à adapter en fonc-tion des symptômes et de la sévérité de la maladie.
Quel que soit le traitement utilisé, la finalité est la même : augmenter la quantité de dopamine dans les ganglions de la base pour améliorer ou atténuer les symptômes.
LA MARCHE MOBILISE-T-ELLE LA COGNITION ?
L’ACTIVITE DE MARCHE
Définition
La marche humaine est un acte moteur bipède qui permet de déplacer le corps vers un but. Elle est composée d’une alternance de mouvements de flexion-extension des jambes en position verticale. Ce déplacement implique de la rythmicité et de la coordina-tion des membres inférieurs. Les jambes servent à la fois de support mais également de propulsion. Contrairement à l’action de courir, au moins un pied est constamment en con- tact avec le sol lors de la marche ( ichael W. Whittle et al., 2012). La marche est une com-binaison entre une activité spatiale et temporelle : un déplacement des différents seg-ments du corps selon une séquence définie.
Il est possible de décomposer la marche en cycle unitaire. Un cycle est composé d’une alternance entre une phase d’appui, où le pied est en contact avec le sol représentant environ 60% du cycle, et une phase oscillation, où ce même pied est levé pour être déplacé en avant représentant les 40% restants du cycle. Le choix de l’étape marquant le début du cycle peut varier. Généralement, il porte sur le contact initial du sol par un pied. Le cycle débute alors lorsque le talon d’un pied entre en contact avec le sol et finit lorsque ce même talon touche à nouveau le sol. Un cycle de marche implique deux pas avec deux phases de double support (les deux pieds au sol) et deux phases d’appui unipodal (droit puis gauche). À partir du cycle, il va être possible d’extraire plusieurs paramètres spatiotemporaux tels que la durée du cycle exprimé en secondes, la vitesse de marche en mètres parcourus par seconde, la cadence par le nombre de pas réalisé par minute, la longueur de l’enjambée en mètres et leur variabilité à travers le coefficient de variation (voir Figure 4).
A priori, la marche est une activité facile et automatique dans la mesure où elle ne nécessite pas ou peu de ressources attentionnelles. Si elle parait facile, c’est que la géné- ration de la séquence motrice devient automatisée avec la maturation du système ner- veux et locomoteur. Cette automatisation s’acquiert tout au long de l’enfance et c’est à partir de 8 ans que l’enfant développe une marche similaire à celle d’un adulte (Beauchet & Berrut, 2006). La production de la marche se fait par un processus automatique qui génère un ajustement de l’équilibre et une régulation du tonus musculaire assurant le contrôle postural (Takakusaki, 2017). Le schéma moteur est produit par les générateurs spinaux de la marche (GSM) situés au niveau du tronc cérébral et de la moelle spinale. Les GSM vont permettre la réalisation de ces mouvements coordonnés et en rythme (Dietz, 2003).
Régions cérébrales impliquées dans la marche
Au niveau cortical, les corrélats neuronaux de l’activité de marche réelle ont long-temps été inconnus, faute de technique d’imagerie adaptée. Bien que l’imagerie par ré- sonance magnétique fonctionnelle (IRMf) impose une position allongée, elle a permis d’identifier de nombreuses régions impliquées dans la marche en utilisant l’imagerie mo-trice. Les études en marche réelle ont montré qu’elle activait de nombreuses régions corticales et sous-corticales (pour revue voir Hamacher et al., 2015). Comparativement à la position debout, la marche imaginée en simple tâche va impliquer l’aire motrice supplé-mentaire (AMS), le cortex moteur primaire (M1) et prémoteur, les cortex préfrontal, oc-cipital et pariétal, les ganglions de la base et le cervelet. La marche complexe imaginée va augmenter l’activité de l’AMS, M1 et des cortex occipital et pariétal. Par ailleurs, plus la tâche de marche imaginée est difficile, plus l’activité cérébrale sera importante.
Les résultats en marche imaginée sont néanmoins limités dans leur interprétation.
L’enregistrement de l’activité cérébrale pendant la marche est dépendante des technique d’imagerie. Depuis quelques années, ces dernières ont évolué et ont permis de réaliser des enregistrements en situation de marche réelle. Parmi elles, la tomographie par émis-sion de positon, (en anglais positon emission tomography, PET) ou par émission mono-photonique (en anglais, single photon emission computed tomography, SPECT) qui per-mettent de réaliser des enregistrements en situation écologique mais sont des techniques invasives et par conséquent difficiles à mettre en place. Grâce à l’amélioration des chaînes de traitement pour la correction d’artefacts de mouvements, il est possible d’identifier les processus neuronaux pendant la marche réelle. Les techniques les plus utilisées sont no-tamment l’électro-encéphalographie (EEG) ou encore la spectroscopie infrarouge proche fonctionnelle. Les résultats en marche réelle montrent des résultats similaires à la marche imaginée. De manière générale, les régions impliquées sont les régions d’intégration sen-sorielle (cortex occipital, pariétal), les régions motrices (AMS, cortex prémoteur et mo-teur) ainsi que frontal et préfrontale.
La commande des mouvements volontaires part du cortex cérébral en impliquant plusieurs régions corticales. La réalisation de ces mouvements est faite par le tronc et la moelle spinale (Takakusaki, 2013). Les informations sensorielles provenant de stimuli ex-ternes et internes sont intégrées par l’aire motrice supplémentaire, le cortex prémoteur, la colonne vertébrale et par le cortex cérébral, les ganglions de la base et les aires thala- miques. Il existerait deux voies pour l’exécution de la marche volontaire (voir Figure 5). La première impliquerait le cortex moteur primaire, le cervelet ainsi que la moelle épinière pour guider le déplacement (la Fougère et al., 2010). La seconde voie, quant à elle, implique les cortex préfrontal et prémoteur, l’aire motrice supplémentaire et les ganglions de la base et a pour but de réguler le mouvement. Les régions préfrontales entrent en jeu lors de régulation top-down et permettent de faciliter la connectivité des zones sous-cor-ticales (Rae et al., 2015). La modification de la marche va faire appel aux programmes moteurs dans le cortex prémoteur.
Bien que les séquences de mouvements soient automatiques, la marche est une tâche complexe qui nécessite de gérer simultanément plusieurs capacités et informations : propulser le corps sur l’axe horizontal, maintenir l’équilibre et s’adapter à l’environne- ment extérieur. Cet acte moteur doit donc intégrer les contraintes posturales, environne- mentales et d’équilibre afin d’assurer un déplacement en toute sécurité. La marche est aussi bien constante que flexible puisqu’elle suit une séquence de mouvement spécifique mais doit également s’adapter à l’environnement (Mirelman et al., 2018). Par ailleurs, dès lors qu’un comportement est volontaire et dirigé vers un but, il va impliquer des processus cognitifs. Par conséquent, de par sa définition, la marche va impliquer la cognition puisqu’elle implique l’intentionnalité.
MARCHE ET COGNITION
De nombreux processus mis en jeu
Dirigé vers un but, la marche ne se réduit plus à l’exécution d’une succession de pas réguliers. Un contrôle de la posture de marche est essentiel pour réaliser cette activité intentionnelle. La marche est une combinaison entre des mouvements automatiques et un contrôle cognitif. Selon Takakusaki (2013, 2007), il y aurait quatre processus cognitifs dans la marche et le contrôle postural qui impliquerait des régions cérébrales différentes (voir Figure 6) :
– La cognition des informations corporelles: concerne la proprioception ainsi que la localisation du corps dans l’espace. Les informations sensorielles con-vergent vers le tronc cérébral, le cervelet, le thalamus et le cortex cérébral. Elles vont permettre au cortex temporo-pariétal et au cervelet d’établir un schéma corporel, c’est-à-dire une connaissance de l’orientation des membres du corps
– La transmission des informations du schéma corporel : ces informations sont ensuite transmises aux aires motrices supplémentaires et au cortex prémo-teur qui vont générer les programmes moteurs. Parallèlement, ces mêmes in-formations vont être transférées à l’hippocampe afin de permettre la naviga-tion dans l’espace
– La programmation motrice qui se fait à travers le cortex moteur, les ganglions de la base ainsi que le cervelet
– Le contrôle et l’ajustement postural : les informations du schéma corporel vont permettre de maintenir la position verticale du corps à travers les pro-jections cortico-vestibulo-spinales. Le contrôle postural peut également être ajusté de manière anticipative en se basant sur les informations de l’environ-nement. L’ajustement anticipatoire va passer par les formations cortico-réti-culo-spinales. Les informations du cortex préfrontal concernant l’intentionna- lité ou encore la planification du mouvement vont faciliter l’exécution des programmes moteurs au niveau des aires motrices supplémentaires et du cortex moteur. Enfin, les programmes moteurs sont envoyés au cortex moteur pri-maire qui lui-même envoie la commande motrice à la moelle spinale.
Contrôle et ajustement postural. Tiré de Takakusaki (2017)
Par ailleurs, une coordination visuo-motrice est indispensable pour l’exécution de la marche. Lorsqu’une personne doit ajuster ses pas en fonction de l’environnement, elle doit mémoriser la position des différents éléments afin de ne pas les heurter. Les infor-mations visuelles sont alors stockées en mémoire de travail afin de les associer au schéma corporel. Ce processus est sous-tendu par le cortex pariétal postérieur qui va maintenir en mémoire la relation temporo-spatiale entre l’élément et le schéma corporel. Cela va permettre d’avoir une marche contrôlée et continue grâce à un ajustement anticipé. Ces informations sont ensuite utilisées pour générer le programme moteur qui permettra le placement de la jambe à l’endroit adéquat.
Bien que ces processus impliquent la cognition, la plupart ne requièrent pas spécifi-quement un contrôle intentionnel pour être exécutés. Pour une personne ne présentant pas de troubles, ces processus sont considérés comme étant automatiques. L’activation de ces circuits se fait dès lors qu’ils reçoivent une stimulation sans attention particulière.
Cependant, le niveau d’implication des fonctions cognitives va dépendre du but et de la difficulté de la situation.
Contrôle exécutif de la marche
Dans certaines situations, pour être correctement réalisée, la marche va nécessiter des processus cognitifs contrôlés (Mirelman et al., 2018). Au quotidien, nous sommes fré-quemment en situation de marche complexe. Nous parlons, nous cherchons les informa-tions pour se diriger en marchant, nous évitons des obstacles ou des individus en marchant. Ces situations augmentent l’exigence mentale de l’activité de marche qui vont im-poser un contrôle exécutif. L’individu en mouvement va devoir prendre en compte l’environnement tout en maintenant son déplacement.
Comme mentionné plus haut, les fonctions exécutives permettent de moduler les comportements de façon à les rendre flexibles et adaptés à la situation. Marcher dans un environnement réel va impliquer une adaptation et un contrôle de son comportement en fonction de la situation (Yogev-Seligmann et al., 2008). Un individu va devoir planifier le trajet qu’il va devoir suivre tout en inhibant les distracteurs environnants. Il va également devoir faire face aux imprévus et faire preuve de flexibilité pour modifier les actions ini-tialement prévues. Par ailleurs, la personne va devoir diviser son attention puisque sou-vent, nous sommes en situation de double tâche (marcher tout en réalisant une autre tâche simultanément). Plusieurs études ont montré que les fonctions exécutives étaient corrélées à la performance de marche pendant une condition de marche en double tâche chez les personnes âgées (Ble et al., 2005; Holtzer et al., 2006). Plus les performances exécutives, mesurées à l’aide de tests neuropsychologiques, étaient bonnes, plus la vi-tesse de marche en double tâche était élevée.
Les zones préfrontales, associées aux fonctions exécutives, sont davantage activées lors de situations de marche plus contrôlées comme lors de situations complexes ou diri-gées vers un but (van der Meulen et al., 2014). Le cortex préfrontal dorsolatéral va, entre autres, encoder le but de l’action et la séquence de mouvements choisis pour réguler et contrôler le mouvement (Mirelman et al., 2018). Le contrôle exécutif pour la marche entre en jeu lorsque les processus automatiques ne sont plus suffisants pour maintenir un déplacement en toute sécurité. Il va également être nécessaire lorsque qu’il va y avoir un changement dans les informations sensorielles entrantes (apparition d’un obstacle, sur-face du sol instable, diminution de la visibilité, …) ou pour compenser une composante déficitaire impliquée dans la marche.
Les situations de marche de la vie quotidienne vont le plus souvent impliquer une tâche concomitante à la marche. Le fait de devoir diviser son attention pour réaliser deux tâches simultanément va imposer un contrôle exécutif de la part de l’individu. Ainsi, la double tâche permet d’étudier l’interaction entre les fonctions exécutives et la marche. Ainsi, la plupart des études qui s’intéressent aux processus exécutifs pendant la marche utilisent des paradigmes dit de double tâche.
Paradigme de double tâche
Principe
L’utilisation du paradigme du double tâche (DT) prend de l’ampleur lorsque LundinOlsson et al. (1997) ont observé le phénomène de « stop talking while walking » chez cer-taines personnes âgées. Ces dernières étaient dans l’impossibilité de maintenir une con-versation tout en continuant de marcher. Pour les auteurs, cela s’expliquerait par le fait que les personnes âgées sont dans l’obligation d’arrêter l’une des deux tâches pour poursuivre la seconde dans la mesure où les ressources cognitives sont plus limitées.
Ainsi, le paradigme de DT consiste à réaliser en parallèle deux tâches concurrentes et va imposer de diviser l’attention entre elles. Diriger notre attention sur une information permet de mieux la traiter. Pour Treisman (1964), l’attention est un filtre qui va permettre de sélectionner les éléments pertinents et d’atténuer ceux qui ne le sont pas. Elle participe à l’élaboration de nos comportements. La sélection d’informations pertinentes permet d’améliorer la performance mais se fait également parce que les ressources attention-nelles sont limitées. Tant qu’il y a des ressources disponibles, il est possible de réaliser plusieurs tâches simultanément. L’attention sera alors répartie entre les différents stimuli ou tâches. Toutefois, si la charge cognitive induite par les deux tâches excède les ressources cognitives de l’individu, la réalisation d’une tâche va se faire au détriment d’une autre (Kahneman, 1973). De ce fait, si deux tâches sont automatiques et qu’elles sont réalisées en même temps, la performance ne devrait pas être affectée. Au contraire, si elles ont recours aux mêmes ressources, la réalisation simultanée de ces dernières provoquera une compétition au niveau des ressources attentionnelles. La performance à l’une des tâches, voire les deux, sera dégradée comparativement à si elle était réalisée séparé-ment. Par conséquent, si la tâche de marche et/ou la tâche secondaire sont perturbées au moment où elles sont réalisées simultanément, cela met en évidence l’implication de la cognition dans la marche.
Mesure de la charge cognitive
Ces situations complexes de DT vont créer une charge cognitive de travail élevée. Se-lon Paas & Van Merriënboer (1994), la charge cognitive de travail est une combinaison de deux composantes : l’effort mental et la charge mentale. L’effort mental correspond à la quantité de ressources allouées pour la réalisation de la tâche par rapport à la quantité totale de ressources disponibles. La charge mentale, quant à elle, représente les caracté-ristiques intrinsèques de la tâche, comme la difficulté ou encore les modalités de présen-tation des informations. Une tâche considérée difficile peut demander peu de ressources pour sa réalisation. Par exemple, une tâche de calcul mental va demander moins de ressources à une personne à l’aise en mathématique qu’à une personne qui ne l’est pas. La difficulté de la tâche peut être perçue différemment en fonction de l’expertise de l’indi-vidu. La performance de l’individu va dépendre de sa quantité de ressources disponibles et de la difficulté de la tâche. La charge cognitive de travail pendant des situations de marche en DT varierait en fonction du type de tâche secondaire utilisé. Ainsi, plus la charge cognitive de travail est importante, plus les ressources attentionnelles sont sollici-tées.
De nombreux paradigmes de DT ont été utilisés avec plusieurs types de tâches secon-daires. Ces dernières sont les plus souvent d’ordre cognitive. Ces situations vont créer une interférence cognitivo-motrice. Les tâches cognitives les plus fréquemment utilisées sont : la fluence verbale et le calcul mental. Une méta-analyse réalisée par Al-Yahya et al. (2011) a montré que les DT avait un effet délétère sur les performances de marche, quelle que soit le type de tâche secondaire utilisée. L’exécution d’une tâche cognitive pendant la marche diminuait la vitesse, la cadence, la longueur de cycle de marche et augmentait la durée d’un cycle ainsi que sa variabilité. Cela valide le fait que l’addition d’une tâche cognitive pendant la marche crée un dépassement des ressources attentionnelles dispo-nibles ce qui peut avoir pour conséquence une dégradation de la performance.
L’intégrité des fonctions exécutives est alors essentielle pour marcher en sécurité, notamment lors de situations de marche rencontrées au quotidien. Dans la mesure où l’atrophie cérébrale liée à l’âge suit un gradient antéro-postérieur et provoquer un déclin des fonctions exécutives, la marche peut également être dégradée avec le vieillissement.
Le chapitre suivant abordera la question de l’impact du vieillissement et de la maladie de Parkinson sur la marche.
Dans la maladie de Parkinson
La MP va perturber la production de dopamine et provoquer des troubles moteurs. Cette déplétion dopaminergique va impacter le cortex préfrontal et diminuer les res-sources exécutives. Les personnes atteintes de la MP ont un déclin plus prononcé des fonctions exécutives (Dirnberger & Jahanshahi, 2013; Emre, 2003). Outre le fait de devoir compenser les déficits exécutifs, elles vont également devoir compenser les déficits mo-teurs. Comparativement aux personnes âgées saines, les individus parkinsoniens vont avoir encore plus de difficultés à compenser leurs déficits, moteurs et cognitifs (Yogev-Seligmann et al., 2008).
En situation de marche en ST, les personnes parkinsoniennes ont des performances de marche détériorées comparativement à des personnes âgées appariées. Ainsi, le choix de la stratégie de « posture secondaire » devrait avoir pour conséquence une dégradation encore plus importante de la performance de marche que chez des personnes âgées sans pathologie. En effet, certaines études ont montré que l’effet délétère d’une marche en DT était plus marqué chez des personnes atteintes de la MP que chez des personnes âgées contrôles (Christofoletti et al., 2014; O’Shea et al., 2002; Salazar et al., 2017; Yogev et al., 2007; Zirek et al., 2018). Néanmoins, d’autres auteurs n’ont pas observé de différence significative entre les deux groupes. Cette absence de différence pourrait être justifiée par la durée de la maladie. Rochester et al., (2014) n’ont pas observé de détérioration plus importante chez les personnes en stade débutant (c’est-à-dire jusqu’à 4 mois après le dia-gnostic) par rapport à des personnes âgées contrôles. La plupart des études incluent des patients ayant des durées de maladie plus longues.
En ce sens, les personnes parkinsoniennes à des stades plus avancés de la maladie vont avoir une dégradation encore plus importante au niveau de leur marche en DT par rapport à des personnes âgées. Les personnes atteintes de « freezing of gait » ont des longueurs d’enjambée plus courtes associées à une diminution de la vitesse de marche que des personnes qui ne n’en sont pas atteintes (Camicioli et al., 1998; de Souza Forta-leza et al., 2017; Hackney & Earhart, 2010). Il semblerait que plus les déficits cognitifs sont importants, plus les perturbations au niveau de la marche sont importantes.
L’interférence cognitivo-motrice liée à la marche en DT peut varier d’une tâche se-condaire à l’autre ou d’un type de population à l’autre. Pour observer des perturbations de la performance de marche, la DT doit créer une charge cognitive suffisamment élevée afin de créer un dépassement des ressources attentionnelles et cognitives. La charge co-gnitive est dépendante de la difficulté de la tâche mais également de la quantité de res-sources allouées pour la réaliser. Les modifications de la performance de marche ne per-mettent pas de renseigner sur la quantité de ressources allouées pour exécuter cette activité locomotrice. Seul le recueil de mesures physiologiques, comme la mesure de l’acti- vité corticale pendant la tâche de marche, permettrait de renseigner la quantité de ressources nécessaire pour réaliser la tâche.
BESOIN ACCRU EN RESSOURCES EXECUTIVES
Dans le vieillissement normal
Les dégradations physiologiques liées au vieillissement vont avoir des répercussions sur les performances de marche. L’avancée en âge va provoquer une atteinte du proces- sus d’intégration sensori-motrice (Bhandari et al., 2016), processus en partie automatique et fondamental à l’activité de marche. Il est nécessaire de pouvoir traiter les informations sensorielles périphériques au niveau du cortex moteur afin d’interagir avec l’environnement extérieur et générer un comportement moteur approprié. La dégradation du pro-cessus d’intégration sensori-motrice va être compensée par une plus grande implication des fonctions cognitives de haut niveau (Beurskens & Bock, 2012). Les personnes âgées vont devoir fournir plus d’effort cognitif pour réaliser l’activité de marche (Woollacott & Shumway-Cook, 2002; Maidan et al., 2019).
Ce processus de compensation fait appel aux fonctions exécutives et donc au cortex préfrontal. Si les personnes âgées doivent fournir un effort plus important pour contrôler la marche, cela devrait se refléter sur l’activité cérébrale du cortex préfrontal. Conformément aux modèles CRUNCH, les personnes âgées devraient avoir une activité cérébrale plus importante que celle de jeunes adultes lors d’une activité de marche en DT. C’est en effet ce que certaines études ont observé chez des personnes âgées au cours d’une
marche en DT comparativement à des jeunes adultes (Mirelman et al., 2017; Nóbrega-Sousa et al., 2020), et même chez des jeunes âgés, dès l’âge de 50 ans (Nóbrega-Sousa et al., 2020). Des études ont également montré que les personnes âgées avaient une activité préfrontale plus importante même en marche ST (Hawkins et al., 2018; Mirelman et al., 2017; Nóbrega-Sousa et al., 2020).
Une activité préfrontale élevée pendant une marche en DT serait associée à un risque de chute plus important (Verghese et al., 2017). Pour les auteurs, la mesure de l’activité cérébrale au niveau du cortex préfrontal pendant la marche permettrait de déceler précocement des perturbations locomotrices. L’étude de l’activité préfrontale serait particulièrement intéressante pour les personnes âgées avec un fonctionnement cognitif pré-servé qui ne présentent pas de troubles de la marche ou de problèmes de mobilité. Ces dernières n’auraient pas de perturbations de la performance de marche particulièrement visible alors qu’elles pourraient présenter des modifications au niveau cortical. Ainsi, les études exclusivement comportementales ne seraient pas assez sensibles pour détecter des déficits plus subtils dans cette population.
Effectivement, les performances de marche ne sont pas toujours dégradées chez les personnes âgées. Selon Nóbrega-Sousa et al. (2020), elles varieraient en fonction de l’âge. A partir de 50 ans, les personnes âgées auraient une suractivation du cortex préfrontal avec une performance de marche équivalente à celles des jeunes adultes. Au-delà de 70 ans, les personnes vont toujours avoir une suractivation préfrontale associée à une dégra-dation de la performance de marche. Ces suractivations préfrontales témoigneraient donc d’un recours plus important aux ressources exécutives et attentionnelles dans le but de compenser les déficits liés à l’âge. En accord avec le modèle CRUNCH, la suractivation chez les personnes âgées peut être interpréter différemment en fonction de la performance de marche : 1) compensation efficiente car les personnes âgées parviennent à maintenir une performance de marche satisfaisante et 2) compensation inefficiente car leur perfor-mance de marche est dégradée. Il semblerait donc que les mécanismes de compensation deviennent moins efficients lors de marche en DT à partir de 70 ans (voir Figure 7). Toutefois, contrairement aux précédents travaux qui montrent une augmentation systématique de l’activité corticale pendant la marche, certaines études n’observent au-cune différence entre les deux groupes d’âge lors d’une marche en DT (Fraser et al., 2016;
Stuart, Alcock, et al., 2019a; Takeuchi et al., 2016) voire même une sous-activation du cortex préfrontal (Beurskens et al., 2014; Holtzer et al., 2011). Les auteurs interprètent ce résul-tat en proposant que les personnes âgées sous-utiliseraient leur cortex préfrontal pour contrôler et coordonner les ressources attentionnelles et exécutives, ce qui entraînerait une dégradation de la marche et en conséquence un risque de chute accru. Toutefois, une performance de marche moins bonne chez les personnes âgées n’est pas systématiquement observée (Nóbrega-Sousa et al., 2020; Stuart, Alcock, et al., 2019a). Tout comme pour les études comportementales, il n’y aurait pas de consensus quant au niveau d’activité préfrontale nécessaire chez les personnes âgées lors d’une marche en DT.
De manière surprenante, peu d’études sur la marche se sont intéressées à la latérali-sation hémisphérique de la suractivation (Beurskens & Bock, 2012; Fraser et al., 2016; Nóbrega-Sousa et al., 2020; Stuart, Alcock, et al., 2019a). Selon les modèles neurophysio-logiques du vieillissement cognitif, les personnes âgées peuvent compenser leur déficit en recrutant des ressources additionnelles au niveau de l’hémisphère controlatérale comparativement aux jeunes. A notre connaissance, seuls Takeuchi et al. (2016) ont observé une diminution de la latéralisation chez des individus âgés en comparaison à des individus jeunes dans une tâche de marche en DT.
Dans la maladie de Parkinson
A ce jour, il existe peu d’études comparatives s’intéressant à l’activité cérébrale pendant la marche chez les patients parkinsoniens et les personnes âgées contrôles (Al-Yahya et al., 2019; Hamacher et al., 2015a; Maidan et al., 2019; Maidan, Nieuwhof, et al., 2016; Maidan, Rosenberg-Katz, et al., 2016; Stuart, Belluscio, et al., 2019; Stuart et al., 2018). En marche imaginée, les personnes atteintes de la maladie de Parkinson présenter des sous-activations cérébrales en marche en ST et une suractivation pendant des tâches de marche complexe imaginées (pour revue voir Hamacher et al., 2015). Une étude en EEG, réalisée par Maidan et al. (2019) a montré que les patients avaient une réduction de l’am-plitude de l’onde P300 pendant la marche en DT, comparativement à celle des adultes jeunes et des âgés. L’amplitude P300 reflète la quantité de ressources attentionnelles fournies pour une tâche donnée. Ainsi, une réduction de celle-ci signifierait que les per-sonnes parkinsoniennes mobiliseraient moins de ressources pour la marche en DT. Plu- sieurs études n’observent aucune différence entre les deux groupes au cours d’une marche en DT (Al-Yahya et al., 2019; Maidan, Nieuwhof, et al., 2016; Orcioli-Silva et al., 2020). Les patients ont généralement une activité préfrontale plus importante pendant des tâches d’évitement d’obstacles ce qui n’est pas le cas en marche en DT (Maidan, Nieuwhof, et al., 2016; Maidan, Rosenberg-Katz, et al., 2016).
Néanmoins, plusieurs études s’accordent pour montrer une suractivation préfrontale chez les personnes atteintes de la MP en marche en ST (Maidan et al., 2016; Maidan et al., 2016; Stuart et al., 2019). Il semblerait donc que les personnes atteintes de la MP aient besoin de recruter des ressources exécutives dès la marche en ST. Ceci expliquerait pourquoi aucune différence significative n’ait été observée entre les patients et les âgés con- trôles en situation de DT. Les patients déploieraient déjà des ressources exécutives de manière importante pendant la marche en ST et ne seraient plus en mesure d’augmenter encore leur activité cérébrale lors de situation plus complexe comme en DT. En effet, Mai- dan et al. (2016) n’ont pas trouvé de différence significative au niveau de l’activité pré- frontale chez les patients entre la marche en ST et DT.
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Table des matières
Index des figures
Cadre théorique
1 Introduction
2 Le vieillissement neurocognitif
2.1 Entre pertes
2.1.1 Altérations physiologiques
2.1.2 Altérations des fonctions exécutives
2.2 … et compensation
2.2.1 Modèle HAROLD
2.2.2 Modèle CRUNCH
2.2.3 Modèle STAC
2.3 Tous égaux face au vieillissement ?
2.3.1 Se créer des réserves
2.3.2 Vieillissement pathologique : la maladie de Parkinson
3 La marche mobilise-t-elle la cognition ?
3.1 L’activité de marche
3.1.1 Définition
3.1.2 Régions cérébrales impliquées dans la marche
3.2 Marche et cognition
3.2.1 De nombreux processus mis en jeu
3.2.2 Contrôle exécutif de la marche
3.2.3 Paradigme de double tâche
4 Quels sont les effets du vieillissement cognitif sur la marche ?
4.1 Dégradation de la performance de marche
4.1.1 Dans le vieillissement normal
4.1.2 Dans la maladie de Parkinson
4.2 Besoin accru en ressources exécutives
4.2.1 Dans le vieillissement normal
4.2.2 Dans la maladie de Parkinson
5 Améliorer la mobilité
5.1 Principes de la neuroplasticité
5.2 Entraînement cognitif
5.2.1 Dans le vieillissement normal
5.2.2 Dans la maladie de Parkinson
5.3 Entraînement physique
5.3.1 Dans le vieillissement normal
5.3.2 Dans la maladie de Parkinson
5.4 Entraînement combiné
5.4.1 Dans le vieillissement normal
5.4.2 Dans la maladie Parkinson
6 Problématique et objectifs de la thèse
Contribution expérimentale
Etude 1 : La charge cognitive pendant des tâches de marche
1. Contexte et objectifs
2. Méthodologie
2.1. Population
2.2. Tâche de marche
2.3. Equipements
3. Synthèse des résultats et discussion
Article 1 : Hoang, I., Ranchet, M., Derollepot, R., Moreau, F., & Paire-Ficout, L. (2020). Measuring the Cognitive Workload During Dual-Task Walking in Young Adults: A Combination of Neurophysiological and Subjective Measures. Frontiers in Human Neuroscience, 14, 511
1. Background
2. Materials and methods
3. Results
4. Discussion
Etude 2 : Evolution de l’activité préfrontale avec l’avancée en âge pendant la marche
1. Contexte et objectifs
2. Méthodologie
2.1. Participants
2.2. Tâche de marche
2.3. Equipements
3. Synthèse des résultats et discussion
Résultats complémentaires pour identifier le rôle des facteurs cognitifs et physiques sur l’activité préfrontale
Article 2 : Hoang, I., Paire-Ficout, L., Derollepot, R., Perrey, S., Devos, H., Ranchet, M. (en révision). Increased prefrontal activity during walking in the early stages of aging. International Journal of Psychophysiology.
1. Introduction
2. Methods
3. Results
4. Discussion
5. Conclusion
Etude 3 : Changements de l’activité préfrontale pendant la marche dans la maladie
de Parkinson
1. Contexte et objectifs
2. Méthodologie
2.1. Participants
2.2. Tâche de marche
2.3. Evaluation neuropsychologique
2.4. Equipements
3. Synthèse des résultats et discussion
Article 3 : Ranchet, M., Hoang, I., Cheminon, M., Derollepot, R., Devos, H., Perrey, S., … & Paire-Ficout, L. (2020). Changes in Prefrontal Cortical Activity During Walking and Cognitive Functions Among Patients With Parkinson’s Disease. Frontiers in Neurology, 11, 1658.
1. Introduction
2. Material and methods
3. Results
4. Discussion
Etude 4 : Effets d’un programme de rééducation physique sur l’activité préfrontale pendant la marche dans la maladie de Parkinson
1. Contexte et objectifs
2. Méthodologie
1. Programme Sirocco
2. Participants
3. Procédure
4. Equipements
3. Synthèse des résultats et discussion
Résultats complémentaires
Article 4 : Hoang, I., Ranchet, M,. Cheminon, M., Derollepot, R., Devos, H., Perrey, S., Luauté, J., Danaila, T., Paire-Ficout, L. (en révision). clinical Parkinsonism and Related Disorders
1. Introduction
2. Methods
3. Results
4. Discussion
Discussion générale
Discussion
1. Mécanismes de compensation au cours de la marche
1.1. Dégradation progressive en fonction des déficits
1.2. Le rôle du cortex préfrontal droit
2. Automaticité de la marche
2.1. L’activité physique pour renforcer l’automaticité de la marche
2.2. Intérêt de l’étude de la marche en simple tâche
Limites
Conclusions et perspectives
Références
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