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.

Control of adaptation to load in point-to-point arm movements

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Control of adaptation to load in point-to-point arm movements

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Corps et âme en mouvement. Expression et signification du mouvement dans la peinture de vases en Grèce ancienne (VIe-IVe s. av. J.-C.). Ivresse, possession divine et mort.

Thèse réalisée en cotutelle avec l'université de Franche-Comté, école doctorale Langage, espace, temps et société.

Détection de mouvement par modèle biologique de fusion de donnée inspiré de la rétine humaine

Ce mémoire s'intéresse à la détection de mouvement dans une séquence d'images acquises à l'aide d'une caméra fixe. Dans ce problème, la difficulté vient du fait que les mouvements récurrents ou non significatifs de la scène tels que les oscillations d'une branche, l'ombre d'un objet ou les remous d'une surface d'eau doivent être ignorés et classés comme appartenant aux régions statiques de la scène. La plupart des méthodes de détection de mouvement utilisées à ce jour reposent en fait sur le principe bas-niveau de la modélisation puis la soustraction de l'arrière-plan. Ces méthodes sont simples et rapides mais aussi limitées dans les cas où l'arrière-plan est complexe ou bruité (neige, pluie, ombres, etc.). Cette recherche consiste à proposer une technique d'amélioration de ces algorithmes dont l'idée principale est d'exploiter et mimer deux caractéristiques essentielles du système de vision humain. Pour assurer une vision nette de l’objet (qu’il soit fixe ou mobile) puis l'analyser et l'identifier, l'œil ne parcourt pas la scène de façon continue, mais opère par une série de ``balayages'' ou de saccades autour (des points caractéristiques) de l'objet en question. Pour chaque fixation pendant laquelle l'œil reste relativement immobile, l'image est projetée au niveau de la rétine puis interprétée en coordonnées log polaires dont le centre est l'endroit fixé par l'oeil. Les traitements bas-niveau de détection de mouvement doivent donc s'opérer sur cette image transformée qui est centrée pour un point (de vue) particulier de la scène. L'étape suivante (intégration trans-saccadique du Système Visuel Humain (SVH)) consiste ensuite à combiner ces détections de mouvement obtenues pour les différents centres de cette transformée pour fusionner les différentes interprétations visuelles obtenues selon ses différents points de vue.

Control of posture and stability of the double-joint (Shoulder/Elbow) arm

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Control of posture and stability of the double-joint (Shoulder/Elbow) arm

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le problème de l'alcoolisme au Canada français : discours élitaires et mouvements sociaux

Le sujet abordé dans cette étude est celui des réactions de la société québécoise face à l'alcoolisme, ou plus précisément, face à la consommation abusive des boissons éthyliques avec les conséquences qui en découlent. Puisque l'alcoolisme existe ici comme ailleurs, et que chaque société de par la spécificité de son organisation sociale et de sa culture développe sa propre façon de voir ce problème et d'y faire face, nous nous sommes demandé quelles étaient les caractéristiques de la réponse québécoise à travers l'histoire. Il nous est apparu en tout premier lieu que la société québécoise avait réagi de façon plus tolérante que ses consoeurs nord-américaines au problème de la consommation abusive de l'alcool. À preuve, l'insuccès au Québec des mouvements de prohibition du 19e siècle qui embrasèrent toute l'Amérique du Nord. Ce trait particulier nous a incité à entreprendre une étude globale des réactions canadiennes-françaises au problème de l'alcoolisme. En remontant trois siècles d'histoire, nous nous sommes aperçu que, de façon intermittente, le problème de l'alcoolisme refaisait surface au sein de la société canadienne-française. Il nous est donc apparu que d'époque en époque la prise en charge du problème par les élites, et les moyens entrepris par les autorités pour s'attaquer au problème, traçaient assez fidèlement un portrait caractéristique de l'évolution de cette société à travers les diverses étapes de son histoire. La façon particulière de traiter du problème de l'alcoolisme, est-elle due au caractère distinct de cette société? Ou tout simplement, est-elle uniquement le résultat d'une appartenance religieuse différente? Ou faut-il chercher plutôt une explication d'ordre socio-économique? Ou encore, n'est-elle pas plus généralement le fruit d'une différence culturelle? Pour pousser plus à fond notre questionnement mais aussi, apporter des réponses à nos interrogations, nous avons cerné les différents intervenants impliqués dans le processus de résolution du problème de l'alcoolisme au Québec. Nous en concluons qu'il existe trois principaux types d'élites produisant le discours sur l'alcoolisme, soit: 1) le clergé catholique, 2) les hommes politiques et 3) le monde médical et scientifique. Il est important aussi de distinguer les mouvements sociaux qui développent leur propre discours à côté du discours élitaire. Le discours élitaire reflète l'organisation du pouvoir à diverses époques de notre histoire; clergé, État, communauté scientifique cherchent à imposer des solutions suivant des logiques qui leur sont propres. Pendant ce temps, les mouvements sociaux (mouvements de tempérance du 19e siècle, Lacordaire, Alcooliques Anonymes), font appel à la participation de la population impliquée. En principe les réponses viendraient cette fois de la base plutôt que de la tête du corps social. Mais ici aussi la logique de chaque mouvement est à la fois très distincte et très révélatrice de la spécificité d'une époque particulière dans l'évolution de l'organisation sociale et de la culture québécoise. Une fois ces intervenants bien identifiés, nous nous sommes attardé à étudier les différentes formes de discours véhiculées par ces intervenants, histoire de mieux comprendre leurs agissements en regard de l'idéologie sous-jacente au discours. Notre but: par le biais de l'histoire des idéologies faire progresser notre connaissance du phénomène de l'alcoolisme au Québec en cherchant à en spécifier les grandes caractéristiques. Pour atteindre notre but, nous avons conçu une problématique pouvant servir à l'analyse des réactions canadiennes-françaises face au problème de l'alcoolisme. Nous chercherons premièrement, à travers l'histoire de la société canadienne-française, les moments où la question de l'alcoolisme a pris une importance inhabituelle afin d'établir le phénomène de récurrence. Nous nous intéressons à voir, chaque fois que ce problème prend de l'importance, quels sont les acteurs, quel est le type de discours, quel est le degré d'implication de la population en général. Nous nous intéressons aussi à voir s'il y a développement ou changement à ce sujet. Chaque fois que le problème refait surface, reprend-on des éléments du discours de la dernière grande vague d'intérêt en les développant ou recommence-t-on à rendre compte du phénomène suivant une toute nouvelle logique? Pour mener à bien notre entreprise, nous avons divisé notre travail en cinq chapitres, chacun abordant une ou plusieurs formes de discours et un ou plusieurs types d'interventions. Nous avons choisi de commencer notre étude en 1660, parce qu'à cette date le phénomène de l'alcoolisme en colonie, particulièrement chez les tribus amérindiennes, se fait plutôt virulent, provoquant, de fait, un cri d'alarme de l'évêque auprès des autorités civiles. Et, nous terminerons cette étude en démontrant, l'impuissance de la médecine et de la science, au début des années 1980, à bien saisir le problème. [...]

Une heuristique de recherche à voisinage variable pour le problème du voyageur de commerce avec fenêtres de temps

Nous adaptons une heuristique de recherche à voisinage variable pour traiter le problème du voyageur de commerce avec fenêtres de temps (TSPTW) lorsque l'objectif est la minimisation du temps d'arrivée au dépôt de destination. Nous utilisons des méthodes efficientes pour la vérification de la réalisabilité et de la rentabilité d'un mouvement. Nous explorons les voisinages dans des ordres permettant de réduire l'espace de recherche. La méthode résultante est compétitive avec l'état de l'art. Nous améliorons les meilleures solutions connues pour deux classes d'instances et nous fournissons les résultats de plusieurs instances du TSPTW pour la première fois.

Une heuristique de recherche à voisinage variable pour le problème du voyageur de commerce avec fenêtres de temps

Nous adaptons une heuristique de recherche à voisinage variable pour traiter le problème du voyageur de commerce avec fenêtres de temps (TSPTW) lorsque l'objectif est la minimisation du temps d'arrivée au dépôt de destination. Nous utilisons des méthodes efficientes pour la vérification de la réalisabilité et de la rentabilité d'un mouvement. Nous explorons les voisinages dans des ordres permettant de réduire l'espace de recherche. La méthode résultante est compétitive avec l'état de l'art. Nous améliorons les meilleures solutions connues pour deux classes d'instances et nous fournissons les résultats de plusieurs instances du TSPTW pour la première fois.

Improving posture and decreasing pain with novel shoe insoles

A single subject longevity study is presented as a case study for the Medical Device Partnering Program (MDPP). The MDPP supports the development of cutting-edge medical devices and assistive technologies, through unique collaborations between researchers, industry, clinical end-users and government. The study aimed to identify what effect the innersole has on specific muscles that may influence stability and whether the innersole had any influence on gait. Three tests were conducted; a standard gait test, dynamic balance test and a standing balance test. Results from the kinematic analysis showed reduced variability in post testing results when compared to pre testing results. Reductions in muscle activation levels were also found across all tests. Further testing with a larger sample size is required to determine if these effects are due to the innersole.

A subject-specific model of human buttocks and thighs in a seated posture

Finite element analyses of the human body in seated postures requires digital models capable of providing accurate and precise prediction of the tissue-level response of the body in the seated posture. To achieve such models, the human anatomy must be represented with high fidelity. This information can readily be defined using medical imaging techniques such as Magnetic Resonance Imaging (MRI) or Computed Tomography (CT). Current practices for constructing digital human models, based on the magnetic resonance (MR) images, in a lying down (supine) posture have reduced the error in the geometric representation of human anatomy relative to reconstructions based on data from cadaveric studies. Nonetheless, the significant differences between seated and supine postures in segment orientation, soft-tissue deformation and soft tissue strain create a need for data obtained in postures more similar to the application posture. In this study, we present a novel method for creating digital human models based on seated MR data. An adult-male volunteer was scanned in a simulated driving posture using a FONAR 0.6T upright MRI scanner with a T1 scanning protocol. To compensate for unavoidable image distortion near the edges of the study, images of the same anatomical structures were obtained in transverse and sagittal planes. Combinations of transverse and sagittal images were used to reconstruct the major anatomical features from the buttocks through the knees, including bone, muscle and fat tissue perimeters, using Solidworks® software. For each MR image, B-splines were created as contours for the anatomical structures of interest, and LOFT commands were used to interpolate between the generated Bsplines. The reconstruction of the pelvis, from MR data, was enhanced by the use of a template model generated in previous work CT images. A non-rigid registration algorithm was used to fit the pelvis template into the MR data. Additionally, MR image processing was conducted to both the left and the right sides of the model due to the intended asymmetric posture of the volunteer during the MR measurements. The presented subject-specific, three-dimensional model of the buttocks and thighs will add value to optimisation cycles in automotive seat development when used in simulating human interaction with automotive seats.

Determinants of driver vs. second row occupant posture modelling

Digital human modeling (DHM), as a convenient and cost-effective tool, is increasingly incorporated into product and workplace design. In product design, it is predominantly used for the development of driver-vehicle systems. Most digital human modeling software tools, such as JACK, RAMSIS and DELMIA HUMANBUILDER provide functions to predict posture and positions for drivers with selected anthropometry according to SAE (Society of Automotive Engineers) Recommended Practices and other ergonomics guidelines. However, few studies have presented 2nd row passenger postural information, and digital human modeling of these passenger postures cannot be performed directly using the existing driver posture prediction functions. In this paper, the significant studies related to occupant posture and modeling were reviewed and a framework of determinants of driver vs. 2nd row occupant posture modeling was extracted. The determinants which are regarded as input factors for posture modeling include target population anthropometry, vehicle package geometry and seat design variables as well as task definitions. The differences between determinants of driver and 2nd row occupant posture models are significant, as driver posture modeling is primarily based on the position of the foot on the accelerator pedal (accelerator actuation point AAP, accelerator heel point AHP) and the hands on the steering wheel (steering wheel centre point A-Point). The objectives of this paper are aimed to investigate those differences between driver and passenger posture, and to supplement the existing parametric model for occupant posture prediction. With the guide of the framework, the associated input parameters of occupant digital human models of both driver and second row occupant will be identified. Beyond the existing occupant posture models, for example a driver posture model could be modified to predict second row occupant posture, by adjusting the associated input parameters introduced in this paper. This study combines results from a literature review and the theoretical modeling stage of a second row passenger posture prediction model project.

Intratherapist reliability in the rating of scapula posture in multiple planes of reference

Background: Evaluation of scapular posture is a fundamental component in the clinical evaluation of the upper quadrant. This study examined the intrarater reliability of scapular posture ratings. Methods: A test-retest reliability investigation was undertaken with one week between assessment sessions. At each session physical therapists conducted visual assessments of scapula posture (relative to the thorax) in five different scapula postural planes (plane of scapula, sagittal plane, transverse plane, horizontal plane, and vertical plane). These five plane ratings were performed for four different scapular posture perturbating conditions (rest, isometric shoulder; flexion, abduction, and external rotation). Results. A total of 100 complete scapular posture ratings (50 left, 50 right) were undertaken at each assessment. The observed agreement between the test and retest postural plane ratings ranged from 59% to 87%; 16 of the 20 plane-condition combinations exceeded 75% observed agreement. Kappa (and prevalence adjusted bias adjusted kappa) values were inconsistent across the postural planes and perturbating conditions. Conclusions: This investigation generally revealed fair to moderate intrarater reliability in the rating of scapular posture by visual inspection. However, enough disagreement between assessments was present to warrant caution when interpreting perceived changes in scapula position between longitudinal assessments using visual inspection alone.