Ce travail de thèse vise à identifier et caractériser les réseaux corticaux impliqués dans l’intégration visuo-vestibulaire chez les primates humains et non humains, par imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), afin de mieux comprendre les mécanismes neuraux du traitement multisensoriel de l’information spatiale. Inscrit dans le champ des neurosciences cognitives et de la neuroimagerie, ce projet adopte une approche comparative pour explorer les processus d’intégration essentiels à l’orientation spatiale, à l’équilibre et à la perception du mouvement de soi. Il cherche également à valider le macaque rhésus comme modèle pertinent dans ce domaine, et à combler les lacunes sur les substrats neuronaux de l’intégration visuo-vestibulaire, en complément des études comportementales, posturales, oculométriques et électrophysiologiques.
Nous avons mené trois études. La première, chez l’humain, a exploré les effets de direction et de congruence entre stimulations galvaniques vestibulaires (SGV) et flux optiques avant/arrière, ciblant cinq aires corticales sensibles au mouvement de soi visuel (V6, VIP, MT+, PIC, CSv). La deuxième a comparé, chez le macaque, les activations vestibulaires en réponse à une stimulation en SGV latérale et visuelles (flux optique global), pour identifier des zones de recouvrement entre les deux modalités. La troisième étude a analysé les préférences directionnelles aux flux optiques (avant/arrière/gauche/droite) chez les deux espèces. Malgré plusieurs défis techniques, tels que l’adaptation du matériel SGV à l’IRM et l’entraînement complexe des macaques à la tâche de fixation dans le scanner, les données obtenues ont permis de répondre à nos objectifs. L’aire V6, chez l’humain, s’est distinguée par une double spécialisation : d’une part sa sensibilité à la congruence visuo-vestibulaire et d’autre part, sa préférence pour les mouvements vers l’avant. Chez le macaque, des recouvrements fonctionnels notables ont été observés entre activations vestibulaires et visuelles, avec une organisation similaire à celle de l’humain, bien que certaines régions (e.g. VIP) montrent des différences de spécialisation directionnelle. Le dernier protocole a confirmé, chez le macaque, la préférence directionnelle de V6 pour les flux vers l’avant, même en stimulation purement visuelle.
Ce projet démontre la faisabilité d’une approche comparative par IRMf des réseaux visuo-vestibulaires. Il contribue à la caractérisation du réseau cortical d’intégration multisensorielle, à une meilleure compréhension de la spécialisation de certaines régions dans la perception du mouvement de soi, et à la validation du macaque rhésus comme modèle pertinent en raison de l’homologie fonctionnelle avec l’humain. Ce travail ouvre la voie à des études électrophysiologiques chez le primate non humain, afin d’explorer plus finement la dynamique des régions identifiées. Il pose également les bases de nouveaux protocoles expérimentaux intégrant des mesures oculométriques pour aborder la dimension perceptive de l’intégration multisensorielle. Chez l’humain, ces recherches pourraient être étendues à l’étude de l’impact de la gravité ou du vieillissement, ouvrant des perspectives cliniques pour le diagnostic et la rééducation des troubles vestibulaires. |
The aim of this thesis work is to identify and characterize the cortical networks involved in visuo-vestibular integration in human and non-human primates, using functional magnetic resonance imaging (fMRI), in order to gain a better understanding of the neural mechanisms involved in the multisensory processing of spatial information. Inscribed in the field of cognitive neuroscience and neuroimaging, this project adopts a comparative approach to explore the integration processes essential to spatial orientation, balance and perception of self-motion. It also seeks to validate the rhesus macaque as a relevant model in this field, and to fill gaps on the neural substrates of visuo-vestibular integration, complementing behavioral, postural, oculometric and electrophysiological studies.
We conducted three studies. The first one, in humans, explored the directional and congruence effects between vestibular galvanic stimulation (VGS) and forward/backward optic flow, targeting five cortical areas sensitive to visual self-motion (V6, VIP, MT+, PIC, CSv). The second one compared vestibular activations in response to lateral VMS and visual (global optic flow) stimulation in macaque monkeys, to identify areas of overlap between the two modalities. The third study analyzed directional preferences to optic flow (forward/backward/left/right) in both species. Despite several technical challenges, such as adapting the SGV material to MRI and the complex training of macaques to the fixation task in the scanner, the data obtained enabled us to meet our objectives. Area V6, in humans, was characterized by a dual specialization: on the one hand, its sensitivity to visuo-vestibular congruence, and on the other, its preference for forward movement. In the macaque, notable functional overlaps were observed between vestibular and visual activations, with an organization similar to that of humans, although certain regions (e.g. VIP) showed differences in directional specialization. The final protocol confirmed the directional preference of V6 in macaques for forward flow, even in purely visual stimulation.
This project demonstrates the feasibility of a comparative fMRI approach to visuo-vestibular networks. It contributes to the characterization of the cortical multisensory integration network, to a better understanding of the specialization of certain regions in the perception of self-motion, and to the validation of the rhesus macaque as a relevant model due to functional homology with humans. This work paves the way for electrophysiological studies in non-human primates, to explore in greater detail the dynamics of the regions identified. It also lays the foundations for new experimental protocols integrating oculometric measurements to address the perceptual dimension of multisensory integration. In humans, this research could be extended to the study of the impact of gravity or aging, opening up clinical prospects for the diagnosis and rehabilitation of vestibular disorders. |