Corrective shoeing in horses: analysis of the adaptation period to the new condition imposed

O ferrageamento corretivo é um método comumente ma Dvideow. O nível de significância adotado foi de 5%. No utilizado para alterar o padrão do andamento dos animais, presente estudo, não houve diferença significativa entre os assim como na terapêutica de diversas afecções do siste-dias avaliados, a elevação em seis graus da pinça ou talões ma locomotor dos equinos. No entanto, não existem, até não gerou desconforto durante a passada, portanto, os ani o momento, estudos científicos que revelem o período de mais podem retornar às atividades regulares de exercício e adaptação do andamento dos animais a este tipo de in-treinamento imediatamente após o ferrageamento. tervenção.O objetivo deste estudo foi avaliar o período de adaptação à ferraduras com elevação em seis graus da pinça ou talões em equinos caminhando em esteira rolante. O período de adaptação à ferradura foi avaliado nos tempos 0, 48 e 96 horas após cada tipo de ferrageamento proposto. Os animais foram gravados caminhando em esteira rolante. O comprimento da passada e a análise qualitativa do andamento foram realizados com o auxílio do programa Dvideow. O nível de significância adotado foi de 5%. No presente estudo, não houve diferença significativa entre os dias avaliados, a elevação em seis graus da pinça ou talões não gerou desconforto durante a passada, portanto, os animais podem retornar às atividades regulares de exercício e treinamento imediatamente após o ferrageamento.

Impacto de las cirugías múltiples, en un solo tiempo quirúrgico, sobre el patrón de marcha en niños con parálisis cerebral

Introducción: La Parálisis Cerebral (PC) es la enfermedad neurológica más incapacitante en niños, su historia natural tiende al deterioro motor y funcional. Con este estudio se busca establecer sí las cirugías múltiples de miembros inferiores, en un tiempo quirúrgico, mantienen el nivel motor y funcional. Material y Método: Estudio analítico de cohortes. Se compara un grupo de pacientes sometidos a cirugías múltiples contra un grupo de pacientes no operados, en el Instituto de Ortopedia Infantil Roosevelt. Se evaluaron los pacientes con dos Laboratorios para el Análisis del Movimiento (LAM) y se midieron los desenlaces mediante el cambio en la puntuación del perfil de marcha (GPS) y el nivel funcional motor grueso (GMFCS). Resultados: 109 pacientes cumplieron con los criterios de selección, 67 pacientes fueron sometidos a cirugía y 42 pacientes no. Los pacientes operados mejoraron el GPS promedio (diferencia -1,94; p=0,002) comparado con los pacientes no operados (diferencia 1,74; p=0,001), indicando una mejoría significativa de la cinemática de la marcha. En un modelo de regresión logística predictivo, el paciente que es operado tiene una probabilidad del 78% de mantener su patrón de marcha, mientras que sí no se opera su probabilidad disminuye al 37%. El nivel funcional motor GMFCS no mostró cambios significativos entre los grupos. Discusión: Las cirugías múltiples de miembros inferiores mantienen de manera significativa el patrón de marcha en pacientes con PC. Se destaca el seguimiento de los pacientes mediante el LAM y se sugiere el uso del GPS para valorar resultados en este tipo de pacientes.

A Mechanical Analysis of Suspensory Locomotion in Primates and Other Mammals

For primates, and other arboreal mammals, adopting suspensory locomotion represents one of the strategies an animal can use to prevent toppling off a thin support during arboreal movement and foraging. While numerous studies have reported the incidence of suspensory locomotion in a broad phylogenetic sample of mammals, little research has explored what mechanical transitions must occur in order for an animal to successfully adopt suspensory locomotion. Additionally, many primate species are capable of adopting a highly specialized form of suspensory locomotion referred to as arm-swinging, but few scenarios have been posited to explain how arm-swinging initially evolved. This study takes a comparative experimental approach to explore the mechanics of below branch quadrupedal locomotion in primates and other mammals to determine whether above and below branch quadrupedal locomotion represent neuromuscular mirrors of each other, and whether the patterns below branch quadrupedal locomotion are similar across taxa. Also, this study explores whether the nature of the flexible coupling between the forelimb and hindlimb observed in primates is a uniquely primate feature, and investigates the possibility that this mechanism could be responsible for the evolution of arm-swinging.

To address these research goals, kinetic, kinematic, and spatiotemporal gait variables were collected from five species of primate (Cebus capucinus, Daubentonia madagascariensis, Lemur catta, Propithecus coquereli, and Varecia variegata) walking quadrupedally above and below branches. Data from these primate species were compared to data collected from three species of non-primate mammals (Choloepus didactylus, Pteropus vampyrus, and Desmodus rotundus) and to three species of arm-swinging primate (Hylobates moloch, Ateles fusciceps, and Pygathrix nemaeus) to determine how varying forms of suspensory locomotion relate to each other and across taxa.

From the data collected in this study it is evident the specialized gait characteristics present during above branch quadrupedal locomotion in primates are not observed when walking below branches. Instead, gait mechanics closely replicate the characteristic walking patterns of non-primate mammals, with the exception that primates demonstrate an altered limb loading pattern during below branch quadrupedal locomotion, in which the forelimb becomes the primary propulsive and weight-bearing limb; a pattern similar to what is observed during arm-swinging. It is likely that below branch quadrupedal locomotion represents a “mechanical release” from the challenges of moving on top of thin arboreal supports. Additionally, it is possible, that arm-swinging could have evolved from an anatomically-generalized arboreal primate that began to forage and locomote below branches. During these suspensory bouts, weight would have been shifted away from the hindlimbs towards forelimbs, and as the frequency of these boats increased the reliance of the forelimb as the sole form of weight support would have also increased. This form of functional decoupling may have released the hindlimbs from their weight-bearing role during suspensory locomotion, and eventually arm-swinging would have replaced below branch quadrupedal locomotion as the primary mode of suspensory locomotion observed in some primate species. This study provides the first experimental evidence supporting the hypothetical link between below branch quadrupedal locomotion and arm-swinging in primates.

Load on osseointegrated fixation of a transfemoral amputee during a fall : loading, descent, impact and recovery analysis

Falling represents a health risk for lower limb amputees fitted with an osseointegrated fixation mainly because of the potential damage to the fixation. The purpose of this study was to characterise a real forward fall that occurred inadvertently to a transfemoral amputee fitted with an osseointegrated fixation while attending a gait measurement session to assess the load applied on the residuum. The objective was to analyse the load applied on the fixation with an emphasis on the sequence of events, the pattern and the magnitude of the forces and moments. The load was measured directly at 200 Hz using a six-channel transducer. Complementary video footage was also studied. The fall was divided into four phases: loading (240 ms), descent (620 ms), impact (365 ms) and recovery (2495 ms). The main impact forces and moments occurred 870 ms and 915 ms after the heel contact, and corresponded to 133 %BW and 17 %BWm, or 1.2 and 11.2 times the maximum forces and moments applied during the previous steps of the participant, respectively. This study provided key information to engineers and clinicians facing the challenge to design equipment, and rehabilitation and exercise programs to restore safely the locomotion of lower limb amputees.

A spatiotemporal analysis of gait freezing and the impact of pedunculopontine nucleus stimulation

Gait freezing is an episodic arrest of locomotion due to an inability to take normal steps. Pedunculopontine nucleus stimulation is an emerging therapy proposed to improve gait freezing, even where refractory to medication. However, the efficacy and precise effects of pedunculopontine nucleus stimulation on Parkinsonian gait disturbance are not established. The clinical application of this new therapy is controversial and it is unknown if bilateral stimulation is more effective than unilateral. Here, in a double-blinded study using objective spatiotemporal gait analysis, we assessed the impact of unilateral and bilateral pedunculopontine nucleus stimulation on triggered episodes of gait freezing and on background deficits of unconstrained gait in Parkinson’s disease. Under experimental conditions, while OFF medication, Parkinsonian patients with severe gait freezing implanted with pedunculopontine nucleus stimulators below the pontomesencephalic junction were assessed during three conditions; off stimulation, unilateral stimulation and bilateral stimulation. Results were compared to Parkinsonian patients without gait freezing matched for disease severity and healthy controls. Pedunculopontine nucleus stimulation improved objective measures of gait freezing, with bilateral stimulation more effective than unilateral. During unconstrained walking, Parkinsonian patients who experience gait freezing had reduced step length and increased step length variability compared to patients without gait freezing; however, these deficits were unchanged by pedunculopontine nucleus stimulation. Chronic pedunculopontine nucleus stimulation improved Freezing of Gait Questionnaire scores, reflecting a reduction of the freezing encountered in patients’ usual environments and medication states. This study provides objective, double-blinded evidence that in a specific subgroup of Parkinsonian patients, stimulation of a caudal pedunculopontine nucleus region selectively improves gait freezing but not background deficits in step length. Bilateral stimulation was more effective than unilateral.

Mechanical analysis of foot plantar fascia during normal walking condition

Foot plantar fascia is an important foot tissue in stabilizing the longitudinal arch of human foot. Direct measurement to monitor the mechanical situation of plantar fascia at human locomotion is difficult. The purpose of this study was to construct a three-dimensional finite element model of the foot to calculate the internal stress/strain value of plantar fascia during different stage of gait. The simulated stress distribution of plantar fascia was the lowest at heel-strike, which concentrated on the medial side of calcaneal tubercle. The peak stress of plantar fascia was appeared at push-off, and the value is more than 5 times of the heel-strike position. Current FE model was able to explore the plantar fascia tension trend at the main sub-phases of foot. More detailed fascia model and intrinsic muscle forces could be developed in the further study.

Automatic Lameness Detection in a Milking Robot : Instrumentation, measurement software, algorithms for data analysis and a neural network model

The aim of this thesis is to develop a fully automatic lameness detection system that operates in a milking robot. The instrumentation, measurement software, algorithms for data analysis and a neural network model for lameness detection were developed. Automatic milking has become a common practice in dairy husbandry, and in the year 2006 about 4000 farms worldwide used over 6000 milking robots. There is a worldwide movement with the objective of fully automating every process from feeding to milking. Increase in automation is a consequence of increasing farm sizes, the demand for more efficient production and the growth of labour costs. As the level of automation increases, the time that the cattle keeper uses for monitoring animals often decreases. This has created a need for systems for automatically monitoring the health of farm animals. The popularity of milking robots also offers a new and unique possibility to monitor animals in a single confined space up to four times daily. Lameness is a crucial welfare issue in the modern dairy industry. Limb disorders cause serious welfare, health and economic problems especially in loose housing of cattle. Lameness causes losses in milk production and leads to early culling of animals. These costs could be reduced with early identification and treatment. At present, only a few methods for automatically detecting lameness have been developed, and the most common methods used for lameness detection and assessment are various visual locomotion scoring systems. The problem with locomotion scoring is that it needs experience to be conducted properly, it is labour intensive as an on-farm method and the results are subjective. A four balance system for measuring the leg load distribution of dairy cows during milking in order to detect lameness was developed and set up in the University of Helsinki Research farm Suitia. The leg weights of 73 cows were successfully recorded during almost 10,000 robotic milkings over a period of 5 months. The cows were locomotion scored weekly, and the lame cows were inspected clinically for hoof lesions. Unsuccessful measurements, caused by cows standing outside the balances, were removed from the data with a special algorithm, and the mean leg loads and the number of kicks during milking was calculated. In order to develop an expert system to automatically detect lameness cases, a model was needed. A probabilistic neural network (PNN) classifier model was chosen for the task. The data was divided in two parts and 5,074 measurements from 37 cows were used to train the model. The operation of the model was evaluated for its ability to detect lameness in the validating dataset, which had 4,868 measurements from 36 cows. The model was able to classify 96% of the measurements correctly as sound or lame cows, and 100% of the lameness cases in the validation data were identified. The number of measurements causing false alarms was 1.1%. The developed model has the potential to be used for on-farm decision support and can be used in a real-time lameness monitoring system.

Review of continuum, finite element and hybrid techniques in the analysis of stress concentrations in structures

When a uniform flow of any nature is interrupted, the readjustment of the flow results in concentrations and rare-factions, so that the peak value of the flow parameter will be higher than that which an elementary computation would suggest. When stress flow in a structure is interrupted, there are stress concentrations. These are generally localized and often large, in relation to the values indicated by simple equilibrium calculations. With the advent of the industrial revolution, dynamic and repeated loading of materials had become commonplace in engine parts and fast moving vehicles of locomotion. This led to serious fatigue failures arising from stress concentrations. Also, many metal forming processes, fabrication techniques and weak-link type safety systems benefit substantially from the intelligent use or avoidance, as appropriate, of stress concentrations. As a result, in the last 80 years, the study and and evaluation of stress concentrations has been a primary objective in the study of solid mechanics. Exact mathematical analysis of stress concentrations in finite bodies presents considerable difficulty for all but a few problems of infinite fields, concentric annuli and the like, treated under the presumption of small deformation, linear elasticity. A whole series of techniques have been developed to deal with different classes of shapes and domains, causes and sources of concentration, material behaviour, phenomenological formulation, etc. These include real and complex functions, conformal mapping, transform techniques, integral equations, finite differences and relaxation, and, more recently, the finite element methods. With the advent of large high speed computers, development of finite element concepts and a good understanding of functional analysis, it is now, in principle, possible to obtain with economy satisfactory solutions to a whole range of concentration problems by intelligently combining theory and computer application. An example is the hybridization of continuum concepts with computer based finite element formulations. This new situation also makes possible a more direct approach to the problem of design which is the primary purpose of most engineering analyses. The trend would appear to be clear: the computer will shape the theory, analysis and design.

One-legged locomotion with a compliant passive joint

There is an increasing attention of exploiting compliant materials for the purpose of legged locomotion, because they provide significant advantages in locomotion performance with respect to energy efficiency and stability. Toward establishing a fundamental basis for this line of research, a minimalistic locomotion model of a single legged system is explored in this paper. By analyzing the dynamic behavior of the system in simulation and a physical robotic platform, it is shown that a stable locomotion process can be achieved without the necessity of sensory feedback. In addition, further analysis characterizes the relation between motor control and the natural body dynamics determined by morphological properties such as body mass and spring constant. © 2006 The authors.

Finding resonance: Adaptive frequency oscillators for dynamic legged locomotion

There is much to gain from providing walking machines with passive dynamics, e.g. by including compliant elements in the structure. These elements can offer interesting properties such as self-stabilization, energy efficiency and simplified control. However, there is still no general design strategy for such robots and their controllers. In particular, the calibration of control parameters is often complicated because of the highly nonlinear behavior of the interactions between passive components and the environment. In this article, we propose an approach in which the calibration of a key parameter of a walking controller, namely its intrinsic frequency, is done automatically. The approach uses adaptive frequency oscillators to automatically tune the intrinsic frequency of the oscillators to the resonant frequency of a compliant quadruped robot The tuning goes beyond simple synchronization and the learned frequency stays in the controller when the robot is put to halt. The controller is model free, robust and simple. Results are presented illustrating how the controller can robustly tune itself to the robot, as well as readapt when the mass of the robot is changed. We also provide an analysis of the convergence of the frequency adaptation for a linearized plant, and show how that analysis is useful for determining which type of sensory feedback must be used for stable convergence. This approach is expected to explain some aspects of developmental processes in biological and artificial adaptive systems that "develop" through the embodied system-environment interactions. © 2006 IEEE.

Objective analysis of gait coordination for total knee arthroplasty outcome

Introduction: Coordination is a strategy chosen by the central nervous system to control the movements and maintain stability during gait. Coordinated multi-joint movements require a complex interaction between nervous outputs, biomechanical constraints, and pro-prioception. Quantitatively understanding and modeling gait coordination still remain a challenge. Surgeons lack a way to model and appreciate the coordination of patients before and after surgery of the lower limbs. Patients alter their gait patterns and their kinematic synergies when they walk faster or slower than normal speed to maintain their stability and minimize the energy cost of locomotion. The goal of this study was to provide a dynamical system approach to quantitatively describe human gait coordination and apply it to patients before and after total knee arthroplasty. Methods: A new method of quantitative analysis of interjoint coordination during gait was designed, providing a general model to capture the whole dynamics and showing the kinematic synergies at various walking speeds. The proposed model imposed a relationship among lower limb joint angles (hips and knees) to parameterize the dynamics of locomotion of each individual. An integration of different analysis tools such as Harmonic analysis, Principal Component Analysis, and Artificial Neural Network helped overcome high-dimensionality, temporal dependence, and non-linear relationships of the gait patterns. Ten patients were studied using an ambulatory gait device (Physilog®). Each participant was asked to perform two walking trials of 30m long at 3 different speeds and to complete an EQ-5D questionnaire, a WOMAC and Knee Society Score. Lower limbs rotations were measured by four miniature angular rate sensors mounted respectively, on each shank and thigh. The outcomes of the eight patients undergoing total knee arthroplasty, recorded pre-operatively and post-operatively at 6 weeks, 3 months, 6 months and 1 year were compared to 2 age-matched healthy subjects. Results: The new method provided coordination scores at various walking speeds, ranged between 0 and 10. It determined the overall coordination of the lower limbs as well as the contribution of each joint to the total coordination. The difference between the pre-operative and post-operative coordination values were correlated with the improvements of the subjective outcome scores. Although the study group was small, the results showed a new way to objectively quantify gait coordination of patients undergoing total knee arthroplasty, using only portable body-fixed sensors. Conclusion: A new method for objective gait coordination analysis has been developed with very encouraging results regarding the objective outcome of lower limb surgery.

Contribution du cortex pariétal postérieur au contrôle de la locomotion sous guidage visuel chez le chat

La vision fournit des informations essentielles sur la surface de marche, ainsi que sur la taille, la forme et la position d’obstacles potentiels dans notre environnement. Dans le cas d’un prédateur, la vision fournit également des informations sur la vitesse d’une proie potentielle. Les mécanismes neuronaux impliqués dans l’exécution des modifications de la marche sous guidage visuel sont relativement bien connus, mais ceux impliqués dans la planification de ces modifications de la marche sont peu étudiés. Le cortex pariétal postérieur (CPP) semble être un candidat approprié si l’on considère les propriétés du CPP lors des mouvements d’atteinte vers une cible. Le but des présents travaux est de déterminer la contribution du CPP au contrôle de la locomotion sous guidage visuel. La première étude présentée dans cette thèse a pour hypothèse que le CPP du chat est impliqué dans la planification du placement précis du pied lors des modifications volontaires de la marche. Nous avons entraîné les animaux à enjamber des obstacles en mouvement attachés à la ceinture d’un tapis roulant. Afin d’augmenter la nécessité d’intégrer les informations visuelles et proprioceptives, nous avons dissocié la vitesse des obstacles de celle du tapis roulant. Nous avons observé que plus la vision devient critique pour la tâche, plus les déficits sont importants. Notre analyse démontre que ceux-ci résultent d’un placement inapproprié du pied dans le cycle de marche précédant l’enjambement de l’obstacle. Ceci suggère que le CPP est impliqué dans la planification du placement précis du pied pendant la locomotion sous guidage visuel. La vision directe est disponible lors de la modification de l’activité des membres antérieurs, mais n’est plus disponible lorsque l’obstacle passe sous le corps. Par conséquent, la modification de l’activité des membres postérieurs doit être basée sur l’information gardée en mémoire et coordonnée avec celle des membres antérieurs. Notre deuxième étude a pour but de caractériser les mécanismes neuronaux responsables de cette coordination. Nous avons proposé que le CPP soit impliqué dans la coordination des membres antérieurs et postérieurs lors de l’enjambement d’obstacles. Pour tester cette hypothèse, nous avons enregistré l’activité de neurones de l’aire 5 pendant la même tâche. Nous avons découvert deux populations: une qui décharge lors du passage de l’obstacle entre les membres antérieurs et postérieurs et une autre qui décharge lors du passage de l’obstacle par les membres postérieurs. Dans la tâche de dissociation visuelle, la décharge est modifiée en fonction du temps de passage de l’obstacle sous le corps et reflète la modification du couplage entre les membres lors du changement dans la stratégie d’enjambement. De plus, ces mêmes neurones maintiennent une décharge soutenue lorsqu’un obstacle fixe se trouve entre les membres antérieurs et postérieurs ou les deux membres postérieurs (limite testée : 1-2min). Ces neurones pourraient être responsables de l’emmagasinage à plus long terme des caractéristiques d’un obstacle pour le guidage des mouvements des membres postérieurs. Nos résultats suggèrent que le CPP est impliqué dans l’intégration des informations visuelles et proprioceptives pour la planification du placement précis du pied devant un obstacle. Le patron de décharge de nos populations neuronales suggère qu’il encode également l’information temporelle et spatiale concernant la vitesse et la position de l’obstacle afin de coordonner l’activité des quatre membres pendant la tâche. Finalement, nous proposons qu’une des fonctions du CPP soit d’estimer la position des membres par rapport à l’obstacle en mouvement.

Rôle du cortex pariétal postérieur dans le processus d'intégration visuomotrice - connexions anatomiques avec le cortex moteur et activité cellulaire lors de la locomotion chez le chat

La progression d’un individu au travers d’un environnement diversifié dépend des informations visuelles qui lui permettent d’évaluer la taille, la forme ou même la distance et le temps de contact avec les obstacles dans son chemin. Il peut ainsi planifier en avance les modifications nécessaires de son patron locomoteur afin d’éviter ou enjamber ces entraves. Ce concept est aussi applicable lorsque le sujet doit atteindre une cible, comme un prédateur tentant d’attraper sa proie en pleine course. Les structures neurales impliquées dans la genèse des modifications volontaires de mouvements locomoteurs ont été largement étudiées, mais relativement peu d’information est présentement disponible sur les processus intégrant l’information visuelle afin de planifier ces mouvements. De nombreux travaux chez le primate suggèrent que le cortex pariétal postérieur (CPP) semble jouer un rôle important dans la préparation et l’exécution de mouvements d’atteinte visuellement guidés. Dans cette thèse, nous avons investigué la proposition que le CPP participe similairement dans la planification et le contrôle de la locomotion sous guidage visuel chez le chat. Dans notre première étude, nous avons examiné l’étendue des connexions cortico-corticales entre le CPP et les aires motrices plus frontales, particulièrement le cortex moteur, à l’aide d’injections de traceurs fluorescents rétrogrades. Nous avons cartographié la surface du cortex moteur de chats anesthésiés afin d’identifier les représentations somatotopiques distales et proximales du membre antérieur dans la partie rostrale du cortex moteur, la représentation du membre antérieur située dans la partie caudale de l’aire motrice, et enfin la représentation du membre postérieur. L’injection de différents traceurs rétrogrades dans deux régions motrices sélectionnées par chat nous a permis de visualiser la densité des projections divergentes et convergentes pariétales, dirigées vers ces sites moteurs. Notre analyse a révélé une organisation topographique distincte de connexions du CPP avec toutes les régions motrices identifiées. En particulier, nous avons noté que la représentation caudale du membre antérieur reçoit majoritairement des projections du côté rostral du sillon pariétal, tandis que la partie caudale du CPP projette fortement vers la représentation rostrale du membre antérieur. Cette dernière observation est particulièrement intéressante, parce que le côté caudal du sillon pariétal reçoit de nombreux inputs visuels et sa cible principale, la région motrice rostrale, est bien connue pour être impliquée dans les fonctions motrices volontaires. Ainsi, cette étude anatomique suggère que le CPP, au travers de connexions étendues avec les différentes régions somatotopiques du cortex moteur, pourrait participer à l’élaboration d’un substrat neural idéal pour des processus tels que la coordination inter-membre, intra-membre et aussi la modulation de mouvements volontaires sous guidage visuel. Notre deuxième étude a testé l’hypothèse que le CPP participe dans la modulation et la planification de la locomotion visuellement guidée chez le chat. En nous référant à la cartographie corticale obtenue dans nos travaux anatomiques, nous avons enregistré l’activité de neurones pariétaux, situés dans les portions des aires 5a et 5b qui ont de fortes connexions avec les régions motrices impliquées dans les mouvements de la patte antérieure. Ces enregistrements ont été effectués pendant une tâche de locomotion qui requiert l’enjambement d’obstacles de différentes tailles. En dissociant la vitesse des obstacles de celle du tapis sur lequel le chat marche, notre protocole expérimental nous a aussi permit de mettre plus d’emphase sur l’importance de l’information visuelle et de la séparer de l’influx proprioceptif généré pendant la locomotion. Nos enregistrements ont révélé deux groupes de cellules pariétales activées en relation avec l’enjambement de l’obstacle: une population, principalement située dans l’aire 5a, qui décharge seulement pendant le passage du membre au dessus del’entrave (cellules spécifiques au mouvement) et une autre, surtout localisée dans l’aire 5b, qui est activée au moins un cycle de marche avant l’enjambement (cellules anticipatrices). De plus, nous avons observé que l’activité de ces groupes neuronaux, particulièrement les cellules anticipatrices, était amplifiée lorsque la vitesse des obstacles était dissociée de celle du tapis roulant, démontrant l’importance grandissante de la vision lorsque la tâche devient plus difficile. Enfin, un grand nombre des cellules activées spécifiquement pendant l’enjambement démontraient une corrélation soutenue de leur activité avec le membre controlatéral, même s’il ne menait pas dans le mouvement (cellules unilatérales). Inversement, nous avons noté que la majorité des cellules anticipatrices avaient plutôt tendance à maintenir leur décharge en phase avec l’activité musculaire du premier membre à enjamber l’obstacle, indépendamment de sa position par rapport au site d’enregistrement (cellules bilatérales). Nous suggérons que cette disparité additionnelle démontre une fonction diversifiée de l’activité du CPP. Par exemple, les cellules unilatérales pourraient moduler le mouvement du membre controlatéral au-dessus de l’obstacle, qu’il mène ou suive dans l’ordre d’enjambement, tandis que les neurones bilatéraux sembleraient plutôt spécifier le type de mouvement volontaire requis pour éviter l’entrave. Ensembles, nos observations indiquent que le CPP a le potentiel de moduler l’activité des centres moteurs au travers de réseaux corticaux étendus et contribue à différents aspects de la locomotion sous guidage visuel, notamment l’initiation et l’ajustement de mouvements volontaires des membres antérieurs, mais aussi la planification de ces actions afin d’adapter la progression de l’individu au travers d’un environnement complexe.

Le développement des proportions métaphysaires chez les hominoïdes : croissance et influence de la locomotion

Dans le cadre de ce mémoire, les relations entre morphologie, locomotion et croissance chez les hominoïdes sont analysées sous l'angle des proportions métaphysaires et de leur acquisition. Plusieurs niveaux d'analyse — intermembre, supérieur et inférieur — sont abordés dans une perspective ontogénique. La masse corporelle et la direction des charges influencent la morphologie des surfaces articulaires et métaphysaires mais aussi leur développement. Les charges étant dépendantes du mode locomoteur et celui-ci se modifiant en fonction de l'âge, on tente de voir à quel(s) moment(s) les changements proportionnels ont lieu et pourquoi ils apparaissent. Des mesures linéaires ont été recueillies sur l'humérus, le radius, le fémur et le tibia sur un échantillon squelettique des espèces H. sapiens, P. troglodytes, G. gorilla et P. pygmaeus. À partir de ces mesures et du calcul de certains ratios, des comparaisons intra et interspécifiques ont été réalisées. Les différences les plus significatives entre les espèces se dévoilent au niveau intermembre et sont relatives aux différents pourcentages d'utilisation des membres supérieurs ou inférieurs. Au sein des espèces, les résultats révèlent une similarité dans les réactions des surfaces métaphysaires au niveau intermembre, supérieur et inférieur. Les changements proportionnels ont lieu entre les stades 0 et 1 pour H. sapiens (première marché indépendante), entre les stades 2 et 4 pour P. troglodytes (majorité du poids corporel soutenue par les membres inférieurs) et entre les stades 3 et 5 pour G. gorilla (taille adulte et quadrupédie très majoritaire). Pour P. pygmaeus aucun stade en particulier n'a été ciblé par les analyses et cela concorde avec l'homogénéité de ses modes de locomotion employés au cours de la vie. Les différences proportionnelles répondent à des changements locomoteurs majeurs. Australopithecus afarensis est intermédiaire entre H. sapiens et les grands singes pour de nombreuses comparaisons. Au niveau du genou, les plus jeunes individus A. afarensis ne montrent pas de morphologie bipède, similaire aux humains.

Évaluation biomécanique de la locomotion à la suite d'une arthroplastie de la hanche

Depuis les dernières années, la prévalence de personnes souffrant de dégénérescence des cartilages articulaires, communément appelée ostéoarthrite (OA), ne cesse d’augmenter. Les douleurs articulaires et les raideurs musculaires associées à cette pathologie mènent à des limitations des capacités fonctionnelles, à une perte de mobilité et d’autonomie affectant grandement la qualité de vie de ces personnes. Afin de soulager les personnes souffrant de cette pathologie, l’arthroplastie de la hanche est une procédure chirurgicale fréquemment utilisée. À la suite de cette chirurgie, une amélioration de la qualité de vie et une reprise des capacités fonctionnelles sont souvent observées. Cependant, comparativement à des sujets sains, la vitesse de marche est diminuée, une faiblesse des muscles abducteurs de la hanche est constatée et des mouvements compensatoires au niveau du tronc sont persistants. L’objectif de cette thèse est d’évaluer le patron locomoteur chez des patients qui subiront une arthroplastie de la hanche. Plus spécifiquement, les adaptations locomotrices pré et post-opératoires seront quantifiées dans le but d’apporter des modifications aux programmes de réhabilitation pour ainsi favoriser un patron locomoteur sans déficit. Afin de répondre à cet objectif, trois études distinctes ont été effectuées. Dans le cadre de la première étude, l’impact de l’implantation d’une prothèse totale de la hanche avec une tête fémorale de large diamètre et une prothèse de resurfaçage a été évalué par rapport aux sujets sains lors de la locomotion. Au cours de cette étude, le contrôle du tronc a été analysé en utilisant la distance entre le centre de masse corporel et le centre articulaire de la hanche opérée. Suite aux résultats obtenus, aucune différence majeure n’existe entre les deux types de prothèses en ce qui a trait au contrôle du tronc et ce, à un an post-opératoire. Lors de la deuxième étude, la symétrie des paramètres biomécaniques des membres inférieurs lors de la locomotion chez des patients ayant bénéficié de l’implantation d’une prothèse de la hanche a été caractérisée suite à un programme d’exercices péri-opératoires (pré et post-opératoire). Lors de cette étude, le programme d’exercices péri-opératoires était complémentaire au protocole de réadaptation du centre hospitalier. D’après les résultats obtenus lors de cette étude exploratoire, ce programme d’exercices péri-opératoires semble permettre d’améliorer la symétrie de la puissance et du travail musculaire au niveau de la hanche, du genou et de la cheville favorisant ainsi un patron de marche avec de minimes compensations. Finalement, dans le cadre de la troisième étude, l’approche prédictive et l’approche fonctionnelle, utilisées pour localiser le centre articulaire de la hanche, ont été comparées aux mesures radiographiques, chez des patients à la suite d’un remplacement articulaire de la hanche. À la suite de cette étude, les résultats démontrent que l’utilisation de l’approche fonctionnelle est plus appropriée chez des patients ayant bénéficié d’une arthroplastie de la hanche. En effet, cette approche individualisée est plus précise ce qui, par conséquent, permettra d’obtenir des résultats de plus grande qualité lors d’analyses biomécaniques de la locomotion.