The main objective of this thesis was to examine the behavioural and functional cerebral reorganization produced by the mental practice of a motor skill in order to promote the use of this training method in neurologic rehabilitation. A first study was conducted to validate a new foot sequence task (FST) that allows precise measurement of the learning of sequential foot movements in normal subjects and patients with motor impairments. The results of a second study, which aimed at determining if motor imagery is essential to the learning of the FST through mental practice, showed that mental practice with motor imagery improved the learning of this task more than physical practice alone. Moreover, it was found that another type of mental practice, verbal rehearsal, can also improve the learning of the FST. However, only the subjects that had used motor imagery during practice remembered the sequence after several months without practice, which suggests that motor imagery contributes to learning but more importantly, that it is essential for the long term retention of motor skills learned with mental practice. A single-case study was then conducted to examine the effect of combined physical and mental practice on the learning of the FST in a patient who had had a stroke 4 months earlier. The results confirm that MP with motor imagery can improve the learning of this task when combined with physical practice and can contribute to the retention of the skill when used alone. Finally, a study using positron emission tomography showed that subjects who practiced the FST with motor imagery improved their performance, and displayed a functional reorganization similar to that observed after physical practice. However, practice with motor imagery seems to produce changes on the systems subserving motor preparation and anticipation rather than execution per se. Overall, the findings of this thesis confirm that MP with motor imagery is efficient at improving motor skill learning, and that this form of training changes the cerebral organization of subjects. The various results also provided new guidelines for future research and the use of mental practice in a neurologic rehabilitation.

Les maîtres ont à structurer le contenu de leur enseignement avant de poser leurs interventions pédagogiques. Les maîtres du Secteur Professionnel oeuvrent dans un secteur particulier, avec des élèves particuliers et en ayant eux-mêmes une formation particulière. Tout comme les maîtres d'autres secteurs, ils disposent d'un programme provenant du Ministère de l'Education. Mais souvent le maître a un pas à franchir entre le programme cadre et l'atelier de pratique pour avoir en main des éléments de contenus structurés capables de répondre aux différents besoins à combler. Le but de cette recherche était de concevoir et d'expérimenter une méthode pour structurer des contenus pour des objectifs terminaux d'habiletés motrices de type procédure. Elle voulait ainsi répondre à la question suivante: "Est-il pertinent, pour le maître du Secteur Professionnel, d'utiliser la méthode de structuration de contenus développés pour mener l'étude, pour structurer des contenus pour des objectifs terminaux d'habiletés motrices de type procédure?" Deux groupes de sujets ont été utilisés pour conduire l'étude. Le groupe expérimental a appris la technique élaborée pour mener la recherche pour structurer des contenus, alors que le groupe témoin n'a été soumis à aucun apprentissage relié à une technique de structuration. Un pré­test a déterminé l'équivalence entre les groupes quant à cette dimension alors que le post-test a demandé à tous les sujets de structurer le contenu pour l'enseignement des deux objectifs terminaux d'habiletés motrices de type procédure donnés. De plus, les sujets ont complété une échelle d'évaluation qui voulait établir s'il existait une différence dans la perception des sujets quant à l'importance accordée à la structuration des contenus pour l'enseignement d'habiletés motrices, par le fait qu'un groupe avait été mis en contact avec le modèle développé. Les résultats obtenus ont démontré que le groupe de sujets qui a utilisé la technique pour structurer des contenus a déterminé un nombre plus élevé d'éléments de contenus pertinents à enseigner et qu'il a établi un nombre plus élevé de relations pertinentes entre les éléments de contenus. Par ailleurs, les résultats n'ont pas fait apparaître de différence significative dans la perception des sujets quant à l'importance accordée à la structuration des contenus pour l'enseignement des habiletés motrices de type procédure par le seul fait d'avoir été ou pas mis en contact avec la méthode de structuration développée. Cependant, les deux groupes se sont entendus pour trouver cette dimension importante. De plus, l'étude a aussi cherché à établir une relation pouvant exister entre le degré de capacité analytique initial des sujets et leurs résultats au posttest en structuration de contenus. Il n'a pas été possible de voir apparaître de relations consistantes dans ces performances mais -il ne faut pas pour autant conclure qu'il n'existe pas de relations. Il faut plutôt se demander si l'utilisation d'un autre type de test capable de mesurer la capacité analytique des sujets ne parviendrait pas à faire ressortir des éléments intéressants à retenir. Comme il n'a pas été possible de relater de recherche similaire au travail mené, le modèle de structuration de contenus qui a été élaboré combine uniquement des éléments des travaux de théoriciens s'intéressant à l'habileté motrice (Singer et Dick, 1974), à la structuration de contenus (Gagné et Briggs, 1979) et à l'apprentissage (Gagné, 1965, 1972, 1977, 1985; Landa, 1974, 1976). Ainsi, pour mener l'étude à son terme, tout le matériel utilisé a dû être développé. / Québec Université Laval, Bibliothèque 2016

Le présent mémoire comporte deux volets, soit 1) une revue systématique portant sur les qualités métrologiques de questionnaires auto-administrés utilisés auprès d’une population présentant une atteinte de la coiffe des rotateurs et 2) l’adaptation en canadien-français et la validation auprès d’un échantillon présentant une atteinte de la coiffe des rotateurs d’un questionnaire auto-administré, le Western Ontario Rotator Cuff index (WORC). En ce qui a trait à la revue systématique, nos résultats mettent en lumière que tous les questionnaires inclus peuvent être utilisés auprès de cette population. Pour l’adaptation du questionnaire, nos résultats démontrent que la version canadienne-française du WORC présente des qualités métrologiques comparables à la version originale, ainsi qu’aux autres versions traduites. / This Master’s thesis includes two objectives. The first one is to conduct a systematic review on the psychometric properties of self-administered questionnaires used with individuals presenting rotator cuff disorders. The second objective is to translate and validate the Canadian French version of the Western Ontario Rotator Cuff Index (WORC). The results of the systematic review show that all the included questionnaires can be used for assessing individuals with rotator cuff disorders. Our results for the second objective is that the Canadian French version of the WORC shows similar psychometric properties to the original version of the WORC and the other translated versions of the WORC.

Ce mémoire doctoral vise à approfondir les connaissances dans le domaine de la réadaptation, de la neurostimulation et de la pratique mentale basée sur l’imagerie motrice (IM). Très peu d’études ont mesuré les effets de ces deux techniques en combinaison et il existe à notre connaissance seulement une étude ayant mesuré les effets de ces deux techniques au niveau du membre inférieur. Concrètement, l’objectif principal du mémoire doctoral est de mesurer les effets de l’IM combinée à la stimulation transcrânienne à courant continu (STCC) sur les performances motrices d’une séquence complexe de mouvements de la jambe chez des sujets sains. Une étude expérimentale d’une seule séance, avec un protocole en double aveugle, placebo contrôle, a été réalisée auprès de 36 adultes sains. Les sujets ont été divisés aléatoirement en trois groupes égaux, soit un groupe recevant une stimulation anodale active du cortex moteur de la jambe combinée à l’IM, un groupe recevant une stimulation placebo combinée à l’IM et un groupe recevant une stimulation placebo combinée à une tâche de lecture. Les sujets devaient apprendre puis réaliser une séquence complexe de huit mouvements avec la jambe dominante, afin de mesurer la précision et la vitesse des séquences complétées. Les résultats ont démontré un effet d’acquisition de la séquence, soit immédiatement et 30 minutes après l’intervention, de même que des capacités d’IM équivalentes et ce pour tous les groupes. Cependant, contrairement à nos hypothèses, les résultats n’ont démontré aucun effet additionnel de l’IM ou de la combinaison de l’IM et de la neurostimulation sur le nombre de séquences correctement exécutées ou sur le temps d’exécution. Ce mémoire doctoral contribue toutefois à l’avancement des connaissances en démontrant la pertinence de réaliser des études auprès de populations saines afin de valider les paramètres d’intervention avant l’utilisation des interventions auprès de populations cliniques. / This doctoral thesis aimed at further developing knowledge on novel techniques to improve rehabilitation notably neurostimulation and mental practice based on motor imagery (MI). Very few studies have combined these two techniques and only one study combined these two techniques to investigate its effects on the lower limb. More precisely, the objective of this doctoral thesis is to study the effects of mental practice based on motor imagery (MI) combined with transcranial direct current stimulation (tDCS) on leg motor performances in healthy subjects, using a complex foot-movements sequence. A single session experimental study was conducted, using a double blind, placebo controlled protocol with 36 healthy adults. Subjects were randomly assigned to one of three equal groups: one receiving active anodal stimulation over the leg region of the motor cortex combined with motor imagery training, one receiving sham stimulation combined with motor imagery training and one receiving sham stimulation combined with a reading task. Subjects had to learn then execute a complex 8-movement sequence with their dominant leg; the goal being to measure accuracy and speed of completed sequences. Results showed new skill acquisition, immediately after and 30 minutes after the intervention in all groups. Results also showed that all three groups had similar MI abilities. However, contrary to our hypothesis, our results showed no additional effect of MI training or of the combination of MI training and stimulation, measured by an increase number of correctly performed sequences or by an decreased in execution time, suggesting that motor performances were similar for all three groups. This doctoral thesis contributes to scientific knowledge by showing the relevance of conducting research with healthy populations in order to validate the interventions before implementing the interventions with a clinical population.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Le travail accompli au cours de mes études de doctorat permet de mieux comprendre l'organisation et le mode d'opération du cortex moteur. Les études rapportées dans cette thèse décrivent la relation entre l'activité du cortex moteur primaire et l'activité motrice qu'elle génère. Elles lèvent le voile sur certaines interactions intrinsèques du cortex moteur et apportent ainsi des éclaircissements importants sur son mode de fonctionnement. Cette thèse est d'abord constituée d'une introduction présentant l'organisation générale des structures impliquées dans le contrôle des mouvements. Elle comprend également quelques discussions sur des études antérieures pertinentes aux projets de recherches présentés par la suite. Ceux-ci constituent le corps de la thèse. Ils sont présentés sous forme de trois articles, rédigés en anglais. Le premier couvre plusieurs propriétés d'entrée-sortie du cortex moteur du chat sous anesthésie. Différentes conditions d'activation corticale sont analysées et mises en relation avec les réponses motrices afin d'évaluer les caractéristiques du contrôle corticomoteur. Le second article discute des interactions entre les sorties motrices de deux points du cortex moteur. Il y est démontré que l'activité musculaire et les mouvements évoqués par l'activation corticale simultanée de deux points corticaux se combinent de façon linéaire. Quant au troisième article, il traite d'un mécanisme de couplage fonctionnel entre les points corticaux impliquant la levée d'inhibition. Les résultats présentés prouvent qu'il est possible pour deux points corticaux contrôlant des muscles antagonistes d'interagir et de combiner leur sorties motrices. Le dernier chapitre de la thèse comprend d'abord la présentation de données anatomiques du cortex moteur permettant de mieux comprendre et d'évaluer les principaux résultats obtenus lors de mon doctorat. Il est complété par une discussion générale apportant une interprétation plus élaborée des résultats obtenus, tout en les plaçant dans un contexte plus large. Il s'en dégage une vue d'ensemble rassemblant toutes les observations rapportées dans cette thèse et résumant l'avancement scientifique qu'elle apporte.

Conformément au « planar law » de la coordination intersegmentaire, lorsque les angles d’élévation de la cuisse, de la jambe et du pied sont tracés pour un cycle de marche, ils ont tendance à créer une boucle qui s’oriente sur un plan spatial en 3-dimensions (3D). Le principal objectif de cette thèse a été d'utiliser des techniques d'analyse relatives à cette loi pour mieux comprendre comment le système nerveux central (SNC) coordonne et met en œuvre les ajustements locomoteurs anticipatoires (ALAs) pour le franchissement d’obstacle dans les populations saines et pathologiques. L’étude 1 a examiné les points généraux pour les ALAs normaux et l’étude 2 a relié les amplitudes du mouvement segmentaire au travail mécanique effectué par les muscles fléchisseurs de la hanche et du genou. Les études 3 et 4 ont déterminé comment des déficiences respectives de l’ataxie cérébelleuse autosomique récessive de type 1 (ARCA-1) et d'un accident vasculaire cérébral (AVC) peuvent avoir une incidence sur le contrôle locomoteur. Chez les adultes sains, le déphasage entre les segments adjacents se sont révélés être corrélé à des caractéristiques du plan formé par les angles d’élévation du segment, et ces différences de phase ont changé systématiquement avec l'augmentation de la hauteur de l'obstacle. Il a été proposé que le SNC ajuste un patron locomoteur de base pour les contraintes environnementales par la manipulation des différentes phases de l’angle d'élévation entre les segments adjacents ainsi que par l'amplitude de l’angle d'élévation. L’étude de suivi a déterminé que lorsque les obstacles les plus hauts étaient franchis, les décalages de phase de la cuisse pour la jambe d’attaque, et pour la jambe de l’autre membre ont augmenté. Le travail effectué par les muscles de la hanche et du genou a influencé l’élévation de la cuisse différemment pour les membres d’attaques et suivants et il a été conclu que ces muscles n'ont pas de rôles spécifiques pour l’élévation et la progression du membre inférieur lors de l’ALA. Au lieu de cela, ces puissances musculaires peuvent résulter du contrôle dynamique des angles d’élévation. Lorsque l'on observe la coordination chez les participants avec ARCA-1 et AVC les trajectoires des angles d'élévation du membre inférieur ont continué à s’orienter sur un plan spatial en 3D. Chez les participants avec ARCA-1, une plus grande différence de phase entre les segments de la cuisse et la jambe a suggéré d'être un mécanisme de contrôle lorsque ce groupe augmente volontairement le dégagement des orteils pour enjamber des obstacles. Chez les participants avec un précédent d’AVC, cette différence de phase a été plus grande dans le membre non parétique, ce qui a été interprété comme nécessaire pour élever le membre en compensation pour le mauvais appui du membre parétique. Les résultats de cette thèse suggèrent des mécanismes de contrôle d’élévation segmentaire pour la mise en œuvre d’ALAs et mettent en évidence les mécanismes de compensation volontaire d’un tel contrôle dans des populations pathologiques. / According to the planar law of intersegmental coordination, when elevation angles of the thigh, shank, and foot are plotted for a gait cycle, they tend to create a loop which orients on a plane in 3-dimensional space. The main goal of this thesis was to use analysis techniques related to this law to gain a better understanding of how the central nervous system coordinates and implements anticipatory locomotor adjustments (ALAs) for stepping over obstacles in healthy and pathological populations. Study 1 examined general issues of normal ALAs, while study 2 related the timing and amplitude of segment motion with mechanical work by hip and knee flexor muscles. Studies 3 and 4, determined how impairments such as autosomal recessive cerebellar ataxia type-1 (ARCA-1) and a previous stroke respectively affect locomotor control. In healthy adults, phasing differences between adjacent segments were shown to be correlated to characteristics of the plane formed by the segment elevation angles and these phase differences changed systematically with increasing obstacle height. It was proposed that the CNS adjusts a basic locomotor pattern for environmental constraints by manipulating elevation angle phase differences between adjacent segments as well as elevation angle amplitudes. The follow-up study determined that as higher obstacles were cleared, leading limb thigh phase lead and trailing limb shank phase lag increased. The work done by the hip and knee flexor muscles influenced thigh elevation differently in the leading and trailing limbs and it was concluded that these muscles do not have simple specific roles in elevating and progressing the lower limb during locomotion. Instead, these muscle powers may result from elevation angle waveform control dynamics. When observing coordination in the ARCA-1 and stroke participants, plotted segmental elevation angle trajectories continued to covary on a plane. In the ARCA-1 participants, a larger phase difference between the thigh and shank segments was suggested to be a voluntary control mechanism to increase toe clearance over obstacles. In participants with a previous stroke, this phase difference was greater in the non-paretic limb which was interpreted as being necessary to elevate this limb in compensation for poor support by the paretic limb. The results of this thesis suggest mechanisms of segment elevation control to implement ALAs and highlights voluntary compensatory mechanisms in such control in pathological populations.

L’objectif de ce mémoire était de comparer le contrôle visuo-locomoteur en fauteuil roulant manuel et motorisé chez des personnes expérimentées en fauteuil roulant. Des individus ayant une lésion de la moelle épinière ont été recrutés, soient plus précisément 12 usagers de fauteuil roulant manuel et 10 de fauteuil roulant motorisé. Les participants devaient naviguer avec leur fauteuil roulant à une vitesse naturelle en ligne droite, lors de changement de direction et lors de contournement d’obstacle. Les résultats n’ont démontré aucune différence entre les groupes concernant le comportement navigationel et la coordination de la réorientation du corps et du fauteuil roulant. Le comportement visuel semblait dépendre davantage des exigences environnementales. Ainsi, les usagers en fauteuil roulant manuel et motorisé ont adopté des stratégies navigationnelles et une coordination temporelle visuo-locomotrice similaires lors de changements de direction et de contournements d’obstacle. Les résultats ont également démontré des similitudes dans la coordination visuo-locomotrice avec la marche bipède, suggérant ainsi une généralisation des stratégies visuo-locomotrices parmi différents modes de locomotion. Ces résultats pourront aider à l’évaluation et à l’entraînement des habiletés en fauteuil roulant manuel et motorisé par les cliniciens, en plus d’aider au développement de technologies d’assistance à la navigation basées sur le contrôle visuo-locomoteur des personnes expérimentées en fauteuil roulant. / The objective of this master’s thesis was to compare the visuo-locomotor control in manual and power wheelchair in experienced wheelchair users. Therefore, individuals with a spinal cord injury were recruited; more precisely 12 manual wheelchair users and 10 power wheelchair users. The participants were asked to navigate with their own wheelchair at natural self-selected speed straight-ahead, while changing direction and while circumventing an obstacle. No difference between groups was found for the navigational behavior as well as for the temporal body and wheelchair coordination. Specific gaze behavior depended predominantly on the environmental demands. In conclusion, manual and power wheelchair users adopted similar navigational strategies and body and wheelchair coordination while changing direction and circumventing an obstacle. These results also demonstrated similarities with visuo-locomotor coordination with biped gait, which suggest a generalization in visuo-locomotor coordination strategies across different locomotor modes. Such results may help evaluating and training WC skills, as well as developing assistive navigational technologies based on one’s natural visuo-locomotor control.

L’objectif principal de ce projet est d’évaluer les performances cognitives et motrices d’un groupe d’enfants nés prématurément (24-36 semaines de gestation) âgés de 9 ans (N=9; âge moyen: 9.41(0.65) ans) et de les comparer à celles, d’un groupe d’enfants nés à terme du même âge (N=7; âge moyen: 9.39(0.62) ans). Le protocole utilisé, un paradigme d’attention divisée avec enjambée d’obstacle, est de nature écologique afin de représenter les exigences auxquelles les enfants d’âge scolaire font face lors d’activité sportives et récréatives. Des analyses de mouvement en trois dimensions ont été utilisées afin de quantifier les performances cognitives et motrices. Les participants ont marché sous quatre conditions de marche : marche seule, marche avec obstacle, marche avec le test de Stroop-Animal et marche avec obstacle et test de Stroop-Animal. Les résultats obtenus démontrent que l’écart entre les performances entre les groupes augmente à mesure que la tâche devient plus complexe. Ces résultats confirment que les enfants prématurés ont plus de difficultés à performer des tâches cognitives et motrices complexes. Les enfants nés prématurément sont aptes à effectuer des tâches motrices complexes mais doivent modifier leur attention et la concentrer sur celles-ci afin de les réussir. / The aim of this study was to evaluate cognitive and motor performances of preterm children (24-36 weeks of gestation) aged 9 years (N=9; mean age: 9.41(0.65) years) and to compare them to full term born children’s (N=7; mean age: 9.39(0.62) years) performances. The protocol used, obstacle negotiation while dual tasking, was ecological in nature and represented motor and cognitive challenges that school-aged children face while performing recreational and sporting activities. Three dimentional movement analysis were done in order to quantify cognitive and motor performances. Participants walked under four conditions: unobstructed walking, obstructed walking, walking with Animal-Stroop task, and obstructed walking with Animal-Stroop task. Results demonstrate that the differences in performance between groups increases as the tasks become harder. These results confirm that premature children when facing a complex environment involving both cognitive and motor tasks will show decrements/adjustments in both tasks. This population is able to perform complex tasks but needs to reallocate their attention to focus on the motor requirements of the task in order to succeed.

Depuis les dernières années, plusieurs chercheurs se sont consacrés à l'étude du cervelet comme substrat anatomique impliqué dans l'apprentissage d'habiletés. Bien que plusieurs démonstrations empiriques supportent cette hypothèse fonctionnelle, l'ensemble des résultats de ces travaux demeure controversé. Afin de mieux comprendre le rôle possible du cervelet dans ce type d'acquisition, 15 patients porteurs de lésions au cervelet et 20 sujets contrôles appariés ont été évalués à deux épreuves d'apprentissage d'habiletés, l'une visuomotrice et l'autre, cognitive. La tâche d'habileté visuomotrice consiste en la poursuite rotatoire, laquelle nécessite de maintenir le contact entre un stylet et une cible lumineuse tournant à une vitesse constante pendant une période de temps fixe. La tâche cognitive, qui est une version adaptée du jeu "Mastermind", requiert l'utilisation de stratégies afin de trouver les bonnes positions d'une combinaison de couleurs dissimulée par l'expérimentateur. Des tests évaluant la mémoire déclarative des stimuli utilisés lors de l'épreuve cognitive ont aussi été administrés aux sujets de manière à examiner la dissociation possible entre les deux systèmes de mémoire. De façon générale, les résultats démontrent qu'une dysfonction du cervelet affecte la capacité d'apprentissage d'habiletés visuomotrice et cognitive de résolution de problèmes. Des analyses subséquentes indiquent que ces déficits ne peuvent être expliqués par une baisse généralisée du fonctionnement intellectuel, un trouble de l'humeur, des difficultés motrices ou des lésions extérieures au cervelet. Ces données suggèrent donc que l'intégrité du cervelet est nécessaire à l'acquisition implicite d'habiletés visuomotrice et cognitive.

Les enfants avec une déficience motrice cérébrale (DMC) peuvent rencontrer des difficultés à réaliser les activités scolaires. Pour cette raison, une majorité d'entre eux bénéficient d'interventions en ergothérapie. Selon différents auteurs, des recommandations sont émises pour prioriser les approches centrées sur l'occupation. C'est dans ce contexte qu'est proposé le programme «Les dessinateurs de l'espace», basé sur l'approche Cognitive Orientation to daily Occupational Performance (Polatajko, Mandich, Miller & Macnab, 2001a). Il est expérimenté auprès de six enfants avec DMC, selon un devis quasi-expérimental et prospectif de type série de cas. Les résultats obtenus indiquent une amélioration de la performance motrice pour trois activités ciblées par les participants. Ces conclusions ne sont pas observées quant au degré de satisfaction exprimé par les enfants. La généralisation et le transfert des acquis sont rapportés par la majorité des parents. L'intérêt soutenu des enfants au cours du programme illustre le potentiel des activités utilisées. L'expérimentation d'une intervention basée sur l'occupation ludique auprès d'enfants avec DMC représente une avenue prometteuse en ergothérapie.