Thèse Décodage des Signatures Spatio-Temporelles des Comportements Répétitifs Pathologiques à l'Aide de l'Eeg et de l'Accélérométrie H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Claude Bernard Lyon 1 École doctorale : NSCo - Neurosciences et Cognition Laboratoire de recherche : CRNL - CENTRE DE RECHERCHE EN NEUROSCIENCES DE LYON Direction de la thèse : Eric BURGUIERE ORCID 0000000296905909 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-31T23:59:59 Les comportements répétitifs (CR) constituent une caractéristique centrale de plusieurs troubles neuropsychiatriques, en particulier le syndrome de Gilles de la Tourette (SGT) et le trouble obsessionnel-compulsif (TOC). Le SGT se caractérise par des tics moteurs ou vocaux brefs et isolés, tandis que le TOC implique des séquences comportementales plus complexes et structurées, appelées compulsions. Malgré des différences phénoménologiques claires, la forte comorbidité entre ces troubles suggère l'existence de mécanismes physiopathologiques partiellement communs, organisés au sein de circuits neuronaux partagés mais fonctionnellement ségrégués (Worbe et al., 2010).

Un grand nombre de données désigne les boucles cortico-striatales comme centrales dans l'émergence des CR. Ces circuits sont organisés en domaines fonctionnels parallèles - moteur, associatif et limbique - qui soutiennent différents aspects du contrôle de l'action, de la formation des habitudes et de la régulation émotionnelle (Graybiel, 2008). Dans ce cadre, les tics et les compulsions pourraient résulter d'un défaut de contrôle de l'exécution, respectivement, d'actions motrices discrètes ou de séquences comportementales plus complexes. Cette hypothèse est étayée par des résultats convergents issus d'études de neuroimagerie chez l'humain et de modèles animaux, qui mettent en évidence une dysfonction cortico-striatale comme substrat clé des comportements répétitifs pathologiques (Pauls, 2014 ; Robertson, 2017 ; Alexander, 1986).

Il est toutefois important de noter que les CR ne peuvent être entièrement expliqués par une dysfonction isolée d'une seule boucle fonctionnelle. Les observations cliniques révèlent une cooccurrence fréquente de tics et de compulsions, suggérant une perturbation plus globale de l'organisation cortico-striatale. Des travaux expérimentaux chez le rongeur soutiennent cette idée, notamment nos études récentes montrant que des perturbations affectant plusieurs territoires striataux peuvent induire des phénotypes mixtes, combinant des comportements de type tic et de type compulsif (Lamothe et al., 2024). Ensemble, ces résultats suggèrent que les CR comorbides résultent d'altérations distribuées affectant plusieurs boucles fonctionnelles chevauchantes, plutôt que d'un seul domaine anatomo-fonctionnel.

Nous posons donc l'hypothèse que les tics et les compulsions émergent de circuits cérébraux distincts mais partiellement superposés au sein des boucles cortico-striatales, caractérisés par des dynamiques spatio-temporelles spécifiques de l'activité neuronale. En particulier, des différences dans la contribution relative des territoires moteur, associatif et limbique, ainsi que dans la structure temporelle et le contenu fréquentiel des signaux neuronaux, pourraient sous-tendre la diversité des phénotypes de CR.

Pour tester cette hypothèse, notre projet vise à caractériser les signatures anatomo-fonctionnelles et temporelles des CR chez l'humain à l'aide d'approches électrophysiologiques non invasives. En combinant l'électroencéphalographie (EEG) avec une quantification comportementale basée sur l'accélérométrie, nous capturerons le couplage entre activité cérébrale et production motrice avec une haute résolution temporelle. Cette approche multimodale permettra d'identifier des biomarqueurs des tics et des compulsions, de dissocier les dynamiques de circuits sous-jacentes et d'affiner notre compréhension de l'organisation spatio-temporelle des comportements répétitifs pathologiques. Les comportements répétitifs pathologiques constituent un symptôme central de nombreux troubles neuropsychiatriques, notamment le syndrome de Gilles de la Tourette (SGT) et le trouble obsessionnel-compulsif (TOC). Malgré des différences cliniques marquées - tics moteurs ou vocaux brefs dans le SGT versus séquences comportementales complexes dans le TOC - ces troubles présentent une forte comorbidité, suggérant l'existence de mécanismes neurobiologiques partiellement partagés (Worbe et al., 2010).
Un corpus important de travaux a identifié les circuits cortico-striataux comme des substrats clés de ces comportements. Ces circuits sont organisés en boucles fonctionnelles parallèles (motrice, associative, limbique), impliquées respectivement dans le contrôle de l'action, l'apprentissage des habitudes et la régulation émotionnelle (Alexander et al., 1986 ; Graybiel, 2008). Des altérations de ces boucles pourraient conduire soit à une libération inappropriée d'actions motrices élémentaires (tics), soit à une exagération de séquences comportementales automatisées (compulsions), comme le suggèrent de nombreuses études en neuroimagerie et en clinique (Pauls et al., 2014 ; Robertson et al., 2017).
Les travaux du groupe NERB, dirigé notamment par Eric Burguière et Jean-Michel Mallet, ont apporté des contributions majeures à la compréhension des bases circuitaires des comportements répétitifs. En particulier, nos études chez le rongeur ont démontré que des perturbations ciblées des circuits cortico-striataux peuvent restaurer un comportement normal chez des animaux souffrants de compulsions (Burguière et al., 2013 ; Mondragon et al., 2024). Nous avons également montré que l'atteinte de plusieurs territoires du striatum peuvent générer des phénotypes comportementaux partiellement chevauchants, combinant des caractéristiques de tics et de compulsions (Lamothe et al., 2024). Ces résultats convergent avec d'autres approches expérimentales et cliniques mettant en évidence le rôle central de la dysfonction cortico-striatale dans les comportements répétitifs pathologiques avec l'hypothèse selon laquelle les comportements répétitifs pathologiques émergent d'une dynamique aberrante au sein de réseaux distribués, impliquant des interactions entre plusieurs domaines fonctionnels. Toutefois, la majorité de ces connaissances repose sur des modèles animaux ou des approches indirectes chez l'humain, laissant encore largement ouverte la question des dynamiques spatio-temporelles précises de l'activité cérébrale associée à ces comportements chez les patients.
Dans ce contexte, le présent projet vise à combler ce manque en développant une approche intégrative combinant électroencéphalographie (EEG) et quantification comportementale par accélérométrie, afin de caractériser directement chez l'humain les signatures neuronales des comportements répétitifs pathologiques. En s'inscrivant dans la continuité des travaux du groupe NERB, ce projet propose une analyse dynamique et multimodale de leur fonctionnement pour raffiner les descriptions anatomo-fonctionnelle de ces troubles.

1. Identifier les signatures EEG des comportements répétitifs chez des patients souffrants de TOC et SGT.
2. Quantifier finement le comportement moteur par accélérométrie
3. Analyser la relation dynamique entre activité EEG et production motrice afin de relier signatures neuronales et expression comportementale.
4. Identifier des signatures différentielles reflétant des altérations distinctes mais partiellement chevauchantes des circuits cortico-striataux.
5. Extraire des marqueurs robustes et quantifiables permettant de mieux caractériser et potentiellement classifier les comportements répétitifs pathologiques. Méthodologie et faisabilité

Méthodes

Accélérométrie :
Afin de relier les données électrophysiologiques à un type spécifique de comportement, il est nécessaire d'identifier de manière fiable ces événements comportementaux, idéalement dans une situation écologique. Pour cela, nous avons développé une méthodologie permettant une description précise des comportements répétitifs. Ce système repose sur un accéléromètre porté au poignet, associé à une procédure automatisée de classification basée sur un protocole d'apprentissage automatique. Ce dispositif permettra d'enregistrer les comportements des patients en conditions écologiques (par exemple à domicile), sans la présence d'un expérimentateur et sur des durées prolongées (journées complètes).

Enregistrements simultanés d'électroencéphalographie (EEG) et du comportement :
Les patients atteints de syndrome de Gilles de la Tourette (SGT) seront enregistrés en EEG lors de l'expression de leurs tics ou durant des périodes de suppression volontaire des tics imminents. Les patients souffrant de TOC ont déjà été enregistrés lors de leurs compulsions spontanées à domicile, ce qui, à notre connaissance, n'avait encore jamais été réalisé. Ces acquisitions sont effectuées sur une plateforme dédiée à l'étude du comportement humain (plateforme PRISME), équipée pour des enregistrements simultanés EEG et comportementaux dans des conditions semi-écologiques.
L'EEG sera couplé à l'accéléromètre décrit ci-dessus afin d'améliorer l'objectivité de l'analyse des comportements spontanés. Par ailleurs, des IRM structurelles seront réalisées afin d'affiner la localisation des sources EEG lors de l'analyse des signaux.

Faisabilité
Enregistrements EEG :
L'acquisition des données chez les patients SGT est réalisée sur une plateforme dédiée comportement/EEG (PRISME) à l'ICM, avec le soutien de Lizbeth Mondragon.
Notre groupe bénéficie du soutien de plusieurs cliniciens spécialisés disposant de cohortes importantes. Le Dr Hugues Lamothe assure une consultation spécialisée pédiatrique dédiée aux comportements répétitifs (SGT, TOC, stéréotypies). Enfin, notre équipe collabore étroitement avec le centre de référence du syndrome de Gilles de la Tourette à la Hôpital de la Pitié-Salpêtrière, dirigé par le Dr Andreas Hartmann, également affilié à l'Institut du Cerveau.
Analyse EEG :
Notre groupe possède déjà une expérience dans ce type d'analyse, renforcée par la co-supervision d'Emmanuel Maby (équipe CoPhy, partenaire de notre ANR), expert reconnu dans l'acquisition et l'analyse des données EEG.
Accélérométrie :
Une application dédiée a déjà été développée par Lizbeth Mondragon. À ce jour, seuls des patients TOC ont été enregistrés avec ce système, et la majorité des patients SGT reste à inclure. Notre groupe dispose déjà d'une expertise en analyse accélérométrique chez l'animal, notamment via des approches d'apprentissage automatique.
Autorisation éthique :
Un essai clinique est en cours (NCT06050369) depuis 2023 jusqu'en 2029 (avec extension approuvée), incluant actuellement n = 25 patients TOC et n = 5 patients SGT. Vingt patients SGT supplémentaires restent à inclure dans le cadre de cette thèse, pour un total de n = 25 patients TOC et SGT.

Compétences requises
Bases en neurophysiologie et/ou traitement du signal
Expérience en programmation (Python, Matlab...)
Connaissances en analyse de données et statistiques

Compétences appréciées
Expérience en EEG et/ou analyse de signaux biologiques
Notions en apprentissage automatique (machine learning)
Intérêt pour la recherche clinique et les interactions patient
Expérience en analyse comportementale ou capteurs (ex. accélérométrie)