Involvement of primary motor cortex in the regulation of antagonist muscle coactivation. Study of the alteration of cortical oscillations and corticomuscular interactions
Implication du cortex moteur primaire dans la régulation de la coactivation musculaire. Etude de la modulation des oscillations corticales et des interactions cortico-musculaires
Résumé
Muscular coactivation is fundamental in stabilizing and protecting the articulations during voluntary contractions and plays an important role in movement control. Numerous studies have shown the contribution of supraspinal and spinal mechanisms to the regulation of muscular coactivation but the implication of the primary motor cortex (M1) is still unclear. We studied the modulation of cortical oscillations and cortico-muscular interactions during isometric contractions in athletes having different levels of muscular coactivation as a consequence of their training orientation (strength (ST) vs. endurance (ED). We found that in ST, reduced muscular coactivation was associated with greater M1 activation, which could be explained by the control of a greater number of muscles, including antagonist muscles. Using a novel method to analyze cortico-muscular interactions, we show that M1 is directly involved in the control of antagonist muscles in all participants. However, the magnitude of cortico-muscular interactions with antagonist muscles was lower than in agonist muscles, which could be explained by a greater involvement of spinal mechanisms in the regulation of muscular coactivation. The estimation of agonist and antagonist muscle group moments opens the perspective to investigate the cerebral correlates of the modulation of muscular torque. Our results obtained through an approach combining biomechanics and neurosciences highlighted the involvement of M1 in the regulation of the muscular coactivation during isometric voluntary contractions.
La coactivation est un phénomène musculaire fondamental pour la stabilisation et la protection des articulations lors de contractions volontaires et joue un rôle essentiel dans le contrôle du mouvement. De nombreuses études ont montré que des mécanismes supraspinaux et spinaux contribuent à la régulation de la coactivation musculaire, mais l'implication du cortex moteur primaire (M1) est encore mal connue. Les modulations des oscillations corticales et des interactions cortico-musculaires ont été étudiées lors de contractions isométriques à différents niveaux de forces chez des participants présentant différents niveaux de coactivation musculaire en raison de leur spécialité sportive (entraînement en force (ST) vs. en endurance (ED)). Chez les ST, une moindre coactivation musculaire est associée à une plus grande activation du M1, ce qui pourrait s'expliquer par le contrôle d'un plus grand nombre de muscles, notamment des muscles antagonistes. Grâce à une méthode novatrice pour analyser les interactions cortico-musculaires, nous montrons qu'il existe un couplage entre le M1 est les muscles antagonistes chez l'ensemble des participants et dans toutes les directions de contraction. Cependant, la magnitude des interactions cortico-musculaires avec les muscles antagonistes est plus faible qu'avec les muscles agonistes, ce qui pourrait s'expliquer par une plus grande implication des mécanismes spinaux dans la régulation de la coactivation musculaire. L'estimation des moments musculaires agoniste et antagoniste à l'aide d'un modèle biomécanique EMG-assisté ouvre la perspective d'étudier directement les corrélats cérébraux des moments musculaires. Dans leur ensemble, nos résultats, obtenus à l'aide d'une approche combinant biomécanique et neurosciences, ont mis en évidence l'implication directe du M1 dans la régulation de la coactivation musculaire lors de contractions isométriques volontaires.
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