par Destrebecq, Virginie 
Président du jury Schiffmann, Serge N.
Promoteur Naeije, Gilles
Co-Promoteur De Tiege, Xavier
Publication Non publié, 2026-06-19
Président du jury Schiffmann, Serge N.
Promoteur Naeije, Gilles
Co-Promoteur De Tiege, Xavier
Publication Non publié, 2026-06-19
Thèse de doctorat
| Résumé : | Cette thèse examine le rôle du cervelet dans deux processus non moteurs, la prédiction somatosensorielle et les fonctions cognitives supérieures, ainsi que les interactions cortico-cérébelleuses qui les sous-tendent, en conditions physiologiques et pathologiques.Le volet somatosensoriel de ce projet s’inscrit dans le cadre du codage prédictif, selon lequel le cerveau anticipe les stimulations à venir et ajuste ses modèles internes en fonction des erreurs de prédiction (EP) générées lors d’une divergence entre prédiction et signal sensoriel. Dans ce cadre, le réseau cortical de détection des EP tactiles, incluant notamment le cortex somatosensoriel secondaire (S2) et plusieurs régions multimodales, voit son activité augmenter lors d’événements imprévisibles. Plusieurs arguments suggèrent que le cervelet pourrait contribuer à la prédiction tactile et moduler les réponses corticales en fonction de la pertinence des stimulations, mais son rôle précis et la nature des interactions cortico-cérébelleuses impliquées restent à établir. En parallèle, les atteintes cognitives des maladies cérébelleuses relèvent du syndrome cognitivo-affectif cérébelleux (CCAS), conceptualisé comme une « dysmétrie cognitive ». Ces troubles seraient liés à une altération des boucles cérébello-corticales reliant le cervelet postérieur aux régions préfrontales exécutives, le lobule Crus 1 apparaissant comme un candidat particulièrement pertinent dans ce réseau. Toutefois, aucun couplage cortico-cérébelleux identifiable n’a jusqu’à présent été clairement associé à la présence ou à la sévérité du CCAS. Dans ce contexte, ce travail s’est attaché à identifier les interactions cortico-cérébelleuses impliquées dans la prédiction somatosensorielle et les fonctions cognitives, ainsi qu’à examiner comment leur altération dans les maladies neurodégénératives du cervelet contribue aux manifestations perceptuelles et cognitives observées chez les patients. Deux modèles pathologiques ont été étudiés : l’ataxie de Friedreich (AF) et le tremblement essentiel (TE).Notre étude 1 (sujets sains, IRMf) montre que les réponses de S2 et du réseau multimodal augmentent lorsque les stimulations tactiles sont imprévisibles et diminuent lorsqu’elles sont prévisibles. Un couplage cortico-cérébelleux entre le lobule 8 du cervelet (CL8) et S2 apparaît dans la condition prévisible, suggérant un rôle modulateur du cervelet lorsque l’entrée sensorielle est anticipée. Dans l’étude 2 (TE), la modulation des réponses de S2 par la prévisibilité disparaît, ainsi que le couplage CL8–S2, indiquant une altération de la prédiction somatosensorielle.Nos études 3 (AF) et 4 (TE) révèlent une forte prévalence de troubles cognitifs dans les deux pathologies, dominés par des déficits exécutifs. Leur sévérité est corrélée à l’atteinte motrice cérébelleuse, suggérant un mécanisme commun au sein des circuits cérébello-corticaux. L’étude 5 (AF, IRM multimodale), combinant volumétrie cérébelleuse et connectivité fonctionnelle centrée sur Crus 1, montre que celui-ci est atrophié dans l’AF et que son volume prédit la sévérité du CCAS. Le syndrome est associé à une diminution de la connectivité Crus 1–cortex préfrontal, identifiant un corrélat fonctionnel de déconnexion cérébello-préfrontale impliquant spécifiquement Crus 1.En conclusion, ces travaux montrent que le cervelet module les réponses somatosensorielles en fonction de la prévisibilité et participe à l’organisation des fonctions exécutives via ses connexions préfrontales. Ils soutiennent l’idée que le cervelet ne se limite pas au contrôle moteur mais contribue à l’ajustement des réponses corticales dans les domaines perceptuel et cognitif au sein des boucles cérébello-corticales. |
| This doctoral thesis investigates the role of the cerebellum in two non-motor processes, somatosensory prediction and higher cognitive functions, as well as the cortico-cerebellar interactions underlying these processes in both physiological and pathological conditions.The somatosensory component of this work is grounded in the predictive coding framework, according to which the brain anticipates incoming sensory inputs and updates its internal models based on prediction errors (PEs) generated when sensory signals deviate from expectations. Within this framework, the cortical network involved in tactile PE detection, including the secondary somatosensory cortex (S2) and several multimodal regions, shows increased activity in response to unpredictable events. Several lines of evidence suggest that the cerebellum may contribute to tactile prediction and modulate cortical responses according to stimulus relevance; however, its precise role and the nature of the cortico-cerebellar interactions involved remain unclear. In parallel, cognitive impairments associated with cerebellar disorders are encompassed by the Cerebellar Cognitive Affective Syndrome (CCAS), conceptualized as a form of “cognitive dysmetria.” These deficits are thought to arise from disruptions of cerebello-cortical loops linking the posterior cerebellum to executive prefrontal regions, with Crus I emerging as a particularly relevant candidate within this network. Nevertheless, no specific cortico-cerebellar coupling has yet been clearly associated with the presence or severity of CCAS. In this context, the present work aimed to identify the cortico-cerebellar interactions involved in somatosensory prediction and cognitive functions, and to determine how their disruption in cerebellar neurodegenerative disorders contributes to the perceptual and cognitive manifestations observed in patients. Two pathological models were investigated: Friedreich’s ataxia (FRDA) and essential tremor (ET).Study 1 (healthy participants, fMRI) showed that responses in S2 and the multimodal network increase when tactile stimuli are unpredictable and decrease when they are predictable. A cortico-cerebellar coupling between cerebellar lobule VIII (CL8) and S2 emerged in the predictable condition, suggesting a modulatory role of the cerebellum when sensory input is anticipated. In Study 2 (ET), the modulation of S2 responses by predictability was abolished, together with the CL8–S2 coupling, indicating impaired somatosensory prediction.Studies 3 (FRDA) and 4 (ET) revealed a high prevalence of cognitive impairment in both disorders, predominantly affecting executive functions. Cognitive severity correlated with the degree of cerebellar motor impairment, suggesting a common mechanism within cerebello-cortical circuits. Study 5 (FRDA, multimodal MRI), combining cerebellar volumetry and Crus I-centered functional connectivity analyses, demonstrated that Crus I is atrophic in FRDA and that its volume predicts CCAS severity. The syndrome was associated with reduced functional connectivity between Crus I and the prefrontal cortex, identifying a functional correlate of cerebello-prefrontal disconnection specifically involving Crus I.In conclusion, these findings demonstrate that the cerebellum modulates somatosensory responses according to stimulus predictability and contributes to the organization of executive functions through its prefrontal connections. They support the view that the cerebellum is not limited to motor control but also plays a key role in shaping cortical responses in both perceptual and cognitive domains through cerebello-cortical loops |
