A virtual reality approach to the study of visually driven postural control in developing and aging humans

L'être humain utilise trois systèmes sensoriels distincts pour réguler le maintien de la station debout: la somesthésie, le système vestibulaire, et le système visuel. Le rôle de la vision dans la régulation posturale demeure peu connu, notamment sa variabilité en fonction de l'âge, du type développemental, et des atteintes neurologiques. Dans notre travail, la régulation posturale induite visuellement a été évaluée chez des participants au développement et vieillissement normaux âgés de 5-85 ans, chez des individus autistes (développement atypique) âgés de 12-33 ans, ainsi que chez des enfants entre 9-18 ans ayant subi un TCC léger. À cet effet, la réactivité posturale des participants en réponse à un tunnel virtuel entièrement immersif, se mouvant à trois niveaux de vélocité, a été mesurée; des conditions contrôles, où le tunnel était statique ou absent, ont été incluses. Les résultats montrent que la réactivité (i.e. instabilité) posturale induite visuellement est plus élevée chez les jeunes enfants; ensuite, elle s'atténue pour rejoindre des valeurs adultes vers 16-19 ans et augmente de façon linéaire en fonction de l'âge après 45 ans jusqu'à redevenir élevée vers 60 ans. De plus, à la plus haute vélocité du tunnel, les plus jeunes participants autistes ont manifesté significativement moins de réactivité posturale comparativement à leurs contrôles; cette différence n'était pas présente chez des participants plus âgés (16-33 ans). Enfin, les enfants ayant subi un TCC léger, et qui étaient initialement modérément symptomatiques, ont montré un niveau plus élevé d'instabilité posturale induite visuellement que les contrôles, et ce jusqu'à 12 semaines post-trauma malgré le fait que la majorité d'entre eux (89%) n'étaient plus symptomatiques à ce stade. En somme, cela suggère la présence d'une importante période de transition dans la maturation des systèmes sous-tendant l'intégration sensorimotrice impliquée dans le contrôle postural vers l'âge de 16 ans, et d'autres changements sensorimoteurs vers l'âge de 60 ans; cette sur-dépendance visuelle pour la régulation posturale chez les enfants et les aînés pourrait guider l'aménagement d'espaces et l'élaboration d'activités ajustés à l'âge des individus. De plus, le fait que l'hypo-réactivité posturale aux informations visuelles chez les autistes dépende des caractéristiques de l'environnement visuel et de l'âge chronologique, affine notre compréhension des anomalies sensorielles propres à l'autisme. Par ailleurs, le fait que les enfants ayant subi un TCC léger montrent des anomalies posturales jusqu'à 3 mois post-trauma, malgré une diminution significative des symptômes rapportés, pourrait être relié à une altération du traitement de l'information visuelle dynamique et pourrait avoir des implications quant à la gestion clinique des patients aux prises avec un TCC léger, puisque la résolution des symptômes est actuellement le principal critère utilisé pour la prise de décision quant au retour aux activités. Enfin, les résultats obtenus chez une population à développement atypique (autisme) et une population avec atteinte neurologique dite transitoire (TCC léger), contribuent non seulement à une meilleure compréhension des mécanismes d'intégration sensorimotrice sous-tendant le contrôle postural mais pourraient aussi servir comme marqueurs sensibles et spécifiques de dysfonction chez ces populations. Mots-clés : posture, équilibre, vision, développement/vieillissement sensorimoteur, autisme, TCC léger symptomatique, réalité virtuelle.

Contributions des voies vestibulospinale et corticospinale au contrôle des mouvements du bras

Le contrôle des mouvements du bras fait intervenir plusieurs voies provenant du cerveau. Cette thèse, composée principalement de deux études, tente d’éclaircir les contributions des voies tirant leur origine du système vestibulaire et du cortex moteur. Dans la première étude (Raptis et al 2007), impliquant des mouvements d’atteinte, nous avons cerné l’importance des voies descendantes partant du système vestibulaire pour l’équivalence motrice, i.e. la capacité du système moteur à atteindre un but moteur donné lorsque le nombre de degrés de liberté articulaires varie. L’hypothèse émise était que le système vestibulaire joue un rôle essentiel dans l’équivalence motrice. Nous avons comparé la capacité d’équivalence motrice de sujets sains et de patients vestibulodéficients chroniques lors de mouvements nécessitant un contrôle des positions du bras et du tronc. Pendant que leur vision était temporairement bloquée, les sujets devaient soit maintenir une position de l’index pendant une flexion du tronc, soit atteindre une cible dans l’espace péri-personnel en combinant le mouvement du bras avec une flexion du tronc. Lors d’essais déterminés aléatoirement et imprévus par les participants, leur tronc était retenu par un mécanisme électromagnétique s’activant en même temps que le signal de départ. Les sujets sains ont pu préserver la position ou la trajectoire de l’index dans les deux conditions du tronc (libre, bloqué) en adaptant avec une courte latence (60-180 ms) les mouvements articulaires au niveau du coude et de l’épaule. En comparaison, six des sept patients vestibulodéficients chroniques ont présenté des déficits au plan des adaptations angulaires compensatoires. Pour ces patients, entre 30 % et 100 % du mouvement du tronc n’a pas été compensé et a été transmis à la position ou trajectoire de l’index. Ces résultats indiqueraient que les influences vestibulaires évoquées par le mouvement de la tête pendant la flexion du tronc jouent un rôle majeur pour garantir l’équivalence motrice dans ces tâches d’atteinte lorsque le nombre de degrés de liberté articulaires varie. Également, ils démontrent que la plasticité de long terme survenant spontanément après une lésion vestibulaire unilatérale complète ne serait pas suffisante pour permettre au SNC de retrouver un niveau d’équivalence motrice normal dans les actions combinant un déplacement du bras et du tronc. Ces tâches de coordination bras-tronc constituent ainsi une approche inédite et sensible pour l’évaluation clinique des déficits vestibulaires. Elles permettent de sonder une dimension fonctionnelle des influences vestibulaires qui n’était pas prise en compte dans les tests cliniques usuels, dont la sensibilité relativement limitée empêche souvent la détection d’insuffisances vestibulaires six mois après une lésion de ces voies. Avec cette première étude, nous avons donc exploré comment le cerveau et les voies descendantes intègrent des degrés de liberté articulaires supplémentaires dans le contrôle du bras. Dans la seconde étude (Raptis et al 2010), notre but était de clarifier la nature des variables spécifiées par les voies descendantes pour le contrôle d’actions motrices réalisées avec ce membre. Nous avons testé l’hypothèse selon laquelle les voies corticospinales contrôlent la position et les mouvements des bras en modulant la position-seuil (position de référence à partir de laquelle les muscles commencent à être activés en réponse à une déviation de cette référence). Selon ce principe, les voies corticospinales ne spécifieraient pas directement les patrons d’activité EMG, ce qui se refléterait par une dissociation entre l’EMG et l’excitabilité corticospinale pour des positions-seuils différentes. Dans un manipulandum, des participants (n=16) ont modifié leur angle du poignet, d’une position de flexion (45°) à une position d’extension (-25°), et vice-versa. Les forces élastiques passives des muscles ont été compensées avec un moteur couple afin que les sujets puissent égaliser leur activité EMG de base dans les deux positions. L’excitabilité motoneuronale dans ces positions a été comparée à travers l’analyse des réponses EMG évoquées à la suite d’étirements brefs. Dans les deux positions, le niveau d’EMG et l’excitabilité motoneuronale étaient semblables. De plus, ces tests ont permis de montrer que le repositionnement du poignet était associé à une translation de la position-seuil. Par contre, malgré la similitude de l’excitabilité motoneuronale dans ces positions, l’excitabilité corticospinale des muscles du poignet était significativement différente : les impulsions de stimulation magnétique transcrânienne (TMS; à 1.2 MT, sur l’aire du poignet de M1) ont provoqué des potentiels moteurs évoqués (MEP) de plus grande amplitude en flexion pour les fléchisseurs comparativement à la position d’extension et vice-versa pour les extenseurs (p<0.005 pour le groupe). Lorsque les mêmes positions étaient établies après une relaxation profonde, les réponses réflexes et les amplitudes des MEPs ont drastiquement diminué. La relation caractéristique observée entre position physique et amplitude des MEPs dans le positionnement actif s’est aussi estompée lorsque les muscles étaient relâchés. Cette étude suggère que la voie corticospinale, en association avec les autres voies descendantes, participerait au contrôle de la position-seuil, un processus qui prédéterminerait le référentiel spatial dans lequel l’activité EMG émerge. Ce contrôle de la « référence » constituerait un principe commun s’appliquant à la fois au contrôle de la force musculaire, de la position, du mouvement et de la relaxation. Nous avons aussi mis en évidence qu’il est nécessaire, dans les prochaines recherches ou applications utilisant la TMS, de prendre en compte la configuration-seuil des articulations, afin de bien interpréter les réponses musculaires (ou leurs changements) évoquées par cette technique; en effet, la configuration-seuil influencerait de manière notable l’excitabilité corticomotrice, qui peut être considérée comme un indicateur non seulement lors d’activités musculaires, mais aussi cognitives, après apprentissages moteurs ou lésions neurologiques causant des déficits moteurs (ex. spasticité, faiblesse). Considérées dans leur ensemble, ces deux études apportent un éclairage inédit sur des principes fondamentaux du contrôle moteur : nous y illustrons de manière plus large le rôle du système vestibulaire dans les tâches d’atteinte exigeant une coordination entre le bras et son « support » (le tronc) et clarifions l’implication des voies corticomotrices dans la spécification de paramètres élémentaires du contrôle moteur du bras. De plus amples recherches sont cependant nécessaires afin de mieux comprendre comment les systèmes sensoriels et descendants (e.g. vestibulo-, réticulo-, rubro-, propriospinal) participent et interagissent avec les signaux corticofugaux afin de spécifier les seuils neuromusculaires dans le contrôle de la posture et du mouvement.

Programa de orientación en el desarrollo sensorial para niños y niñas de 3 a 7 años de la fundación children’s vision dirigido a educadoras y profesores

Este trabajo se realiza como un Proyecto de Aplicación Práctica (PAP), en la Especialización de Desarrollo infantil y Procesos de Aprendizaje; se basa principalmente en la teoría de integración sensorial y la relación con el aprendizaje. El objetivo es implementar un programa de desarrollo sensorial para niños y niñas de 3 a 7 años en condiciones de Institucionalización en la Fundación Children’s Vision, orienta a educadoras y profesoras en el manejo de diferentes estrategias y actividades de índole sensorial que permiten al equipo de trabajo y apoyo de la Fundación potencializar comportamientos adaptativos de los niños acordes con las necesidades y desempeño propio para su edad. El programa se divide en tres fases: la primera comprende la recolección de datos acerca del desempeño sensorial de la población a estudio (utilización de lista de chequeo1 y trabajo directo con niños); en la segunda fase se realiza talleres y charlas de sensibilización dirigidas a docentes y educadores; la tercera fase plantea estrategias de manejo en el área sensorial.

El mundo de los sentidos : aula multisensorial para alumnos con necesidades educativas específicas.

Este programa de estimulación multisensorial se dirige a alumnos discapacitados gravemente afectados con patologías neurológicas estables concurrentes con alteraciones de la personalidad y la comunicación. Se usan recursos y metodología que puedan facilitarles el encuentro con su entorno desde vías precognitivas que les ayude a acceder a la información a través de los sentidos. Para ello se trabaja la estimulación visual, la estimulación táctil, la estimulación gustativa y olfativa, y la estimulación auditiva y vestibular. Se elaboran registros de observación, evaluación y seguimiento del alumno, así como de tolerancia a los estímulos para evaluar la situación de los alumnos y su evolución. Se acondiciona una sala con los materiales necesarios para la estimulación vestibular y se elabora un fichero con las actividades que sirve como guía para la preparación de las sesiones. Adjunta ejemplos de las fichas de las actividades.

Nuevo modelo de intervención para alumnos con necesidades educativas graves y permanentes : proyecto de estimulación basal y sensorial.

Convocatoria de Premios Nacionales de Innovación Educativa del CIDE 2006. Mención Honorífica. Modalidad Innovación Educativa

Respostas de Hugues de Varine às perguntas de Mário Chagas

1. Como se deu a sua aproximação com as questões museológicas? No começo dos anos 50, um tio (irmão do meu pai) me fez encontrar um arquivista conhecido que me persuadiu a me preparar para o concurso vestibular à Escola do Louvre, dizendo-me que era muito difícil e permitia uma carreira muito interessante. Nesse momento, eu terminava uma licenciatura em História na Universidade de Paris e não sabia qual orientação profissional tomar. Preparei-me, então, para a Escola do Louvre, fui aprovado (o concurso era, na realidade, muito fácil...) e cursei três anos de formação em vista de uma carreira nos museus. Mas a Escola do Louvre formava essencialmente em História da Arte e, no meu caso, em arqueologia (oriental) e não em museologia ou museografia. Tive somente em três anos duas horas de aulas sobre a legislação francesa dos museus, duas horas sobre diferentes tipos de tipos de vitrinas e duas horas de trabalhos práticos sobre segurança contra incêndio. O resto do tempo era gasto em reconhecer obras de arte através de slides em preto e branco (à excepção da arte egípcia que eram a cores) e em visitar as salas dos museus nacionais (22 horas por semana 8 meses por ano durante 3 anos, uma overdose). Fiz também voluntariamente um estágio de Verão de 3 semanas num museu próximo à minha casa (em Autun) para classificar uma colecção de vasos pré-históricos, porém sem nenhum guia: fiz então uma péssima classificação. Terminei em 1958 meus 3 anos de Escola do Louvre, mas me recusei a fazer a tese final, pois tinha a impressão de não ter aprendido nada e não queria, sobretudo, trabalhar nos museus!

Ações afirmativas : o sistema de cotas da UFPE

Este trabalho teve como tema de pesquisa: Ações Afirmativas: O Sistema de Cotas da UFPE . Tendo como objetivos investigar a eficácia do bônus de 10% nas notas dos alunos oriundos de escolas públicas para o ingresso dos mesmos, por meio de vestibular, na UFPE. Para isso, observamos o número de alunos inscritos no vestibular de cada curso oferecido pela referida Universidade e os índices de alunos que procuram ser beneficiados pelo bônus em cada curso da mesma. Observamos, também, quais os cursos mais procurados pelos alunos auxiliados pelo bônus e os índices de ingressos desses alunos e quais os cursos mais frequentados pelos mesmos. A pesquisa se deu de forma quantitativa e qualitativa, tendo como instrumento de coleta de dados para a pesquisa qualitativa as entrevistas semiestruturadas e como instrumento de análise dos dados a análise de discurso por meio de 05 Formações Discursivas (FD): globalização, exclusão, democracia, cidadania e igualdade. Buscou-se a opinião de 10 entrevistados sobre o tema, sendo 05 aprovados no vestibular da UFPE utilizando-se do bônus de 10% em sua nota e 05 não aprovados no vestibular da UFPE mesmo utilizando-se do bônus. Constatou-se que nos vestibulares dos anos de 2010/2011 da UFPE foram aprovados, proporcionalmente, mais alunos beneficiados pelo bônus, do que alunos não beneficiados e que os alunos oriundos de escolas públicas alcançam bons índices de aprovação nos cursos que mais almejam. Evidencia-se ainda que os entrevistados apontam o déficit na qualidade de ensino das escolas públicas como o principal fator de desigualdade de concorrência.

Dimensões do êxito de egressos de escolas públicas no processo seletivo para o cursos de medicina da UFPE

Garantir a oferta de uma educação de qualidade nas escolas públicas de estados e municípios é um grande desafio a ser enfrentado pelo Brasil. Em se tratando da aprovação nos vestibulares para cursos superiores prestigiados socialmente, o êxito de egressos dessas instituições é difícil em qualquer universidade. Esta investigação, de natureza qualitativa articula dados quantitativos para fundamentar as discussões acerca dos fatores que explicam a aprovação desses estudantes no processo seletivo para o curso de medicina da Universidade Federal de Pernambuco [UFPE]. A fim de se realizar o estudo de caso em questão, utilizamos três instrumentos de recolha: o questionário, contendo informações pessoais e dados da formação educacional dos três egressos e de seus familiares; a entrevista semiestruturada, onde os três estudantes e seus pais tiveram a possibilidade de discorrer sobre os temas propostos; e a história de vida, através da qual um dos sujeitos retratou todo o conjunto da experiência vivida. Todo o material foi comparado e relacionado durante a análise por meio da triangulação de dados. Os nossos resultados confirmam os achados de outros trabalhos do gênero quando apontam que melhorar a qualidade da Educação Básica é essencial para que o Brasil avance na formação de mão de obra, mas, diferencia-se de alguns deles, quando sugere que, em relação aos candidatos que tentam ingressar no curso de medicina, tão importantes quanto o interesse e a mobilização do estudante e de seus pais em relação aos estudos são os investimentos em serviços de apoio pedagógico e psicológico, tanto aqueles prestados pelas escolas quanto os que são realizados em locais especializados [dependendo do caso].

Dynamic visual acuity following high-frequency head vibration

In order to evaluate high-frequency VOR function, the effects of different types of motion on visual acuity were evaluated in asymptomatic and symptomatic subjects. A new testing protocol of evaluating vestibular function was developed in an effort to enhance current treatment protocols.

Autonomic dysfunction in patients with migrane associated dizziness (MAD)

The goal of this project is to identify what effect vestibular stimulation has on the reaction of the autonomic nervous system, as measured by blood pressure, blood-oxygen saturation levels, and heart rate monitoring, on subjects with migraine associated dizziness (MAD) as compared to healthy non-MAD subjects.

Behavior in pigeons during regeneration

This paper examines the recovery of the vestibular related head posture and balance ability in pigeons during regeneration of the vestibular system following ototoxic insult.

The effects of gravity on the development of otolith organs in the Japanese quail

This paper examines the detailed embryologic development of the otolith organs, part of the vestibular system responsible for balance, in Japanese quail. The data from this study will provide baseline data for comparison with experiments conducted by NASA during space flight.

The role of visual and nonvisual information in the control of locomotion

During locomotion, retinal flow, gaze angle, and vestibular information can contribute to one's perception of self-motion. Their respective roles were investigated during active steering: Retinal flow and gaze angle were biased by altering the visual information during computer-simulated locomotion, and vestibular information was controlled through use of a motorized chair that rotated the participant around his or her vertical axis. Chair rotation was made appropriate for the steering response of the participant or made inappropriate by rotating a proportion of the veridical amount. Large steering errors resulted from selective manipulation of retinal flow and gaze angle, and the pattern of errors provided strong evidence for an additive model of combination. Vestibular information had little or no effect on steering performance, suggesting that vestibular signals are not integrated with visual information for the control of steering at these speeds.

Bio-inspired autonomous visual vertical control of a quadrotor UAV

Near ground maneuvers, such as hover, approach and landing, are key elements of autonomy in unmanned aerial vehicles. Such maneuvers have been tackled conventionally by measuring or estimating the velocity and the height above the ground often using ultrasonic or laser range finders. Near ground maneuvers are naturally mastered by flying birds and insects as objects below may be of interest for food or shelter. These animals perform such maneuvers efficiently using only the available vision and vestibular sensory information. In this paper, the time-to-contact (Tau) theory, which conceptualizes the visual strategy with which many species are believed to approach objects, is presented as a solution for Unmanned Aerial Vehicles (UAV) relative ground distance control. The paper shows how such an approach can be visually guided without knowledge of height and velocity relative to the ground. A control scheme that implements the Tau strategy is developed employing only visual information from a monocular camera and an inertial measurement unit. To achieve reliable visual information at a high rate, a novel filtering system is proposed to complement the control system. The proposed system is implemented on-board an experimental quadrotor UAV and shown not only to successfully land and approach ground, but also to enable the user to choose the dynamic characteristics of the approach. The methods presented in this paper are applicable to both aerial and space autonomous vehicles.

Bioinspired autonomous visual vertical control of a quadrotor unmanned aerial vehicle

Near-ground maneuvers, such as hover, approach, and landing, are key elements of autonomy in unmanned aerial vehicles. Such maneuvers have been tackled conventionally by measuring or estimating the velocity and the height above the ground, often using ultrasonic or laser range finders. Near-ground maneuvers are naturally mastered by flying birds and insects because objects below may be of interest for food or shelter. These animals perform such maneuvers efficiently using only the available vision and vestibular sensory information. In this paper, the time-tocontact (tau) theory, which conceptualizes the visual strategy with which many species are believed to approach objects, is presented as a solution for relative ground distance control for unmanned aerial vehicles. The paper shows how such an approach can be visually guided without knowledge of height and velocity relative to the ground. A control scheme that implements the tau strategy is developed employing only visual information from a monocular camera and an inertial measurement unit. To achieve reliable visual information at a high rate, a novel filtering system is proposed to complement the control system. The proposed system is implemented onboard an experimental quadrotor unmannedaerial vehicle and is shown to not only successfully land and approach ground, but also to enable the user to choose the dynamic characteristics of the approach. The methods presented in this paper are applicable to both aerial and space autonomous vehicles.