INTERACTION OF CEREBRAL, CARDIAC AND MUSCULAR CHANGES INDUCED BY ACUTE ENDURANCE EXERCISE

Resting and premotor brain activity seems to be decisive for numerous motor behaviors. The literature has shown that acute endurance exercise may modulate the brain activity and reduce the motor performances. The aim of this thesis is to investigate the links between the modulations in resting and premotor electroencephalographic activity, and the knee-extensor neuromuscular function and the autonomic cardiovascular activity changes after an endurance exercise performed on an ergocycle. In parallel, this work aims to bring to the field of exercise sciences a new analysis method of the functional state of the resting brain, namely, the microstate analysis. In the first article, we reported a reduction in premotor potential amplitude and maximal voluntary contraction force after exercise. The decrease in premotor brain activity shows links with the neuromuscular function and suggests that mechanisms implicated in a voluntary contraction may reside at the premotor level, even before movement arises. In the second article, we reported a main effect of exercise on microstate C stability, which was characterized by an increase in its duration, time coverage and explained variance, and a greater percentage of transition towards this microstate. This study suggests that the modulations of microstate C may reflect a dominance of the salience resting-state network, likely under the influence of muscle afferents and endogenous stimuli, which could affect the voluntary motor command. In the third article, we showed that the increase in microstate C mean duration and the modulations in heart rate variability persist during the 1 hour after exercise. The modifications in microstate C temporal properties may reflect the adjustment of the autonomic cardiovascular activity and/or an increase in exercise-related cardiovascular arousal. By investigating the resting and premotor brain activity, the present thesis provides a better understanding of the motor response modulations after endurance exercise and opens up novel opportunities for exploring the interactions between the global functional state of the brain and the exercise-related physiological responses. -- L’activite cerebrale de repos et pre-motrice semble etre determinante pour de nombreux comportements moteurs. La litterature a montre qu’un exercice physique d’endurance aigu pouvait moduler l’activite cerebrale et reduire les performances motrices. Le but de cette these est d’investiguer les liens entre les modulations de l’activite electroencephalographique de repos et pre-motrice, et les modifications de la fonction neuromusculaire des muscles extenseurs du genou et de l’activite cardiaque autonome a la suite d’un exercice d’endurance realise sur ergocycle. En parallele, ce travail vise a apporter au champ des sciences de l’exercice une nouvelle methode d’analyse de l’etat fonctionnel global du cerveau au repos, a savoir l’analyse de micro-etat. Dans le premier article, nous avons observe une reduction de l’amplitude du potentiel pre- moteur et de la force maximale volontaire apres l’exercice. La reduction de l’activite cerebrale pre-motrice presente des liens avec les modulations de la fonction neuromusculaire, suggerant que des mecanismes impliques dans une contraction volontaire pourraient resider au niveau pre-moteur, avant meme que le mouvement soit produit. Dans le deuxieme article, nous avons observe un effet principal de l’exercice sur la stabilite du micro-etat C, caracterise par une augmentation de sa duree, du temps couvert et de sa variance expliquee, ainsi qu’un pourcentage de transition vers ce micro-etat plus important. Cette etude suggere que les modulations du micro-etat C pourraient refleter une dominance du reseau de repos saillant, probablement sous l’influence d’afferences musculaires et de stimuli endogenes, qui exercerait une influence sur la commande motrice volontaire. Dans le troisieme article, nous avons montre que l’augmentation de la duree moyenne du micro- etat C persiste 1 heure apres l’arret de l’exercice, tout comme les modulations de la variabilite de la frequence cardiaque. Les modifications des proprietes temporelles du micro-etat C pourraient refleter l’ajustement de l’activite cardiaque autonome et/ou une augmentation de l’eveil cardiovasculaire lie a l’exercice. En etudiant l’activite cerebrale de repos et pre-motrice, cette these fournit une meilleure comprehension des modulations de la reponse motrice a la suite d’un exercice physique d’endurance et ouvre de nouvelles opportunites pour explorer les interactions entre l’etat fonctionnel global du cerveau au repos et les reponses physiologiques liees a l’exercice.