Thèse Jumeaux Numériques de la Stimulation Spinale Transcutanée Cervicale pour la Rééducation Motrice du Membre Supérieur H/F - 33

Établissement : Université de Bordeaux
École doctorale : Sciences de la Vie et de la Santé
Laboratoire de recherche : Institut des Maladies Neurodégénératives
Direction de la thèse : Fabien WAGNER ORCID 0000000295826109
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-20T23:59:59

Les troubles neurologiques tels que les lésions médullaires (LM) cervicales ou les accidents vasculaires cérébraux (AVC) entraînent des déficits sévères et permanents de la fonction sensorimotrice des membres supérieurs. Récemment, la stimulation épidurale et la stimulation transcutanée de la moelle épinière (respectivement eSCS et tSCS), appliquées aux niveaux lombaire ou cervical, ont permis une récupération de la fonction sensorimotrice après une lésion médullaire au-delà de ce qui peut être obtenu avec les stratégies de rééducation standard. Bien que les mécanismes de l'eSCS et de la tSCS lombaire soient relativement bien compris, il demeure moins clair si la tSCS cervicale facilite les réponses motrices en agissant sur les racines dorsales ou sur les nerfs périphériques du plexus brachial. Afin de dissocier ces contributions, nous avons mis en place une étude clinique promue par le CNRS visant à étudier les mécanismes et les effets fonctionnels de la tSCS cervicale chez 15 volontaires sains, 15 personnes atteintes d'une LM cervicale et 15 patients ayant subi un AVC avec déficits moteurs des membres supérieurs. Des acquisitions IRM de la région cervico-thoracique ainsi que des enregistrements électromyographiques (EMG) des muscles des membres supérieurs pendant la tSCS cervicale ont déjà été réalisés chez les sujets sains, et sont encore en cours dans les deux groupes de patients.

L'objectif général de cette thèse est d'exploiter notre jeu de données IRM de la région cervico-thoracique et notre jeu de données EMG des réponses musculaires lors de la tSCS cervicale afin de développer des jumeaux numériques de la tSCS cervicale. Le doctorant utilisera un cadre de calcul développé en interne pour traiter les modèles 3D issus de l'IRM. Cette chaîne de traitement permettra d'attribuer les conductivités électriques, de discrétiser la géométrie des tissus, de réaliser des simulations électromagnétiques par la méthode des éléments finis (FEM), de superposer les trajectoires des fibres de la moelle épinière vers les muscles innervés, de coupler les solutions FEM à des modèles d'axones biophysiquement réalistes et d'évaluer le recrutement axonal en fonction des paramètres de stimulation. À terme, ce travail aboutira à la création d'un atlas librement accessible de 45 moelles épinières cervicales, qui sera utilisé pour prédire le recrutement relatif des différentes racines spinales et des nerfs du plexus brachial lors de la tSCS cervicale.

Neurological disorders such as cervical spinal cord injury (SCI) or stroke lead to severe and permanent impairments in upper-limb sensorimotor funtion. Recently, epidural and transcutaneous spinal cord stimulation (eSCS and tSCS respectively) applied at the lumbar or cervical level have demonstrated recovery of sensorimotor function after SCI beyond what could be achieved with standard rehabilitation strategies. Although the mechanisms of eSCS and lumbar tSCS are relatively well understood, it is less clear whether cervical tSCS facilites motor responses by acting on the dorsal roots or the peripheral nerves of the brachial plexus. To disentangle these contributions, we have set up a clinical study sponsored by CNRS to study the mechanisms and functional effects of cervical tSCS in 15 healthy volunteers, 15 individuals with cervical SCI, and 15 stroke sufferers with upper-limb motor impairments. MRI acquisitions of the cervicothoracic region and electromyographic (EMG) recordings of upper-limb muscles during cervical tSCS have already been acquired in healthy individiduals, and are still ongoing in the 2 groups of patients.

The overall objective of this thesis is to leverage our MRI dataset of the cervicothoracic region and EMG dataset of muscle responses during cervical tSCS to develop multimodal digital twins of cervical tSCS. The PhD student will use an in-house computational framework to process 3D models derived from MRI. This pipeline will be used to assign electrical conductivities, discretize the tissues' geometry, perform electromagnetic simulations via finite element modeling (FEM), overlay fiber trajectories from the spinal cord to the innervated muscles, couple FEM solutions with biophysically realistic axon models, and evaluate axonal recruitment as a function of stimulation parameters. Ultimately, this task will generate a publicly available atlas of 45 cervical spinal cords, which we will use to predict the relative recruitment of the various spinal roots and brachial plexus nerves during cervical tSCS.