Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Des stabilisations posturales sont nécessaires à la réalisation d'efforts isométriques. Une récente étude a démontré la présence d'ajustements posturaux au membre supérieur controlatéral à celui réalisant un effort isométrique d'abduction chez des sujets sains et hémiparétiques en position assise. Les résultats ont révélé que tous les sujets effectuaient des forces de stabilisation de direction opposée à l'effort. Cependant, les sujets hémiparétiques généraient des forces de stabilisation de plus grande amplitude selon le côté exécutant l'effort. Effectivement, les forces controlatérales associées à un effort isométrique du membre supérieur parétique étaient plus élevées que celles associées à un effort du côté non parétique lesquelles étaient comparables à celles mesurées chez les sujets sains. Une autre étude a obtenu des résultats similaires en étudiant les ajustements posturaux aux membres inférieurs au cours d'efforts isométriques de la hanche chez des sujets sains et hémiparétiques en position assise. La présente étude avait pour but de vérifier si l'intensité des stabilisations posturales exercées aux membres inférieurs et à l'assise chez des sujets hémiparétiques variait en fonction du membre supérieur réalisant la tâche en position assise. Les forces exercées aux membres inférieurs et à l'assise ont été enregistrées lors d'effort isométrique latéral (tirer et pousser) des membres supérieurs chez des sujets sains et hémiparétiques. Les forces aux membres inférieurs ont été mesurées à l'aide de capteurs de force. Les forces exercées au siège ont été enregistrées par une plate-forme sur laquelle les sujets étaient assis. Il a été démontré que tous les sujets exécutaient des forces de stabilisation aux membres inférieurs et au siège lors de la réalisation d'effort isométrique de tirer et de pousser. Lors de la condition tirer, chez tous les sujets, les stratégies de stabilisation posturale observées étaient l'augmentation de la mise en charge sur le membre inférieur controlatéral au membre supérieur réalisant l'effort. Contrairement aux sujets normaux, les sujets hémiparétiques ont engendré des forces de stabilisation de plus grande amplitude au membre inférieur controlatéral lors de la réalisation de la tâche tirer avec le membre supérieur parétique. Ces sujets ont également enregistré un plus petit déplacement du centre de pression vers le côté controlatéral à l'effort. Pour la condition pousser, tous les sujets ont enregistré des forces de stabilisation posturale au membre inférieur ipsilatéral au membre supérieur réalisant l'effort isométrique. Aucune asymétrie d'amplitude n'a été observée chez les sujets hémiparétiques selon le côté réalisant la tâche. Il a été suggéré que les forces controlatérales de grande amplitude observées au membre inférieur controlatéral lors de la condition tirer avec le membre supérieur parétique résultent de l'inadaptation de la réponse posturale associée à une faiblesse des muscles du côté atteint. Les résultats de la présente étude viennent renforcer l'utilisation d'exercices thérapeutiques utilisés en réadaptation visant le renforcement des muscles parétiques.

Les mouvements volontaires sont accompagnés par des ajustements posturaux anticipateurs (APAs). Leur rôle consiste à prévenir et à compenser de possibles perturbations du corps provoquées par l'exécution du mouvement. Des études antérieures ont montré que la coordination posture / mouvement est modifiée selon que le mouvement est exécuté le plus rapidement possible en réponse à un signal externe (réactif :TRS), ou que le mouvement est auto-initié (prédictif :AI). L'objectif de ce travail est d'examiner le mode de coordination posture / mouvement impliqué dans une situation d'anticipation-coïncidence (AC) lors de l'exécution de mouvements simples et complexes, et ensuite, comparer ce mode aux modes TRS et AI. Trois études expérimentales ont été menées pour vérifier si : (1) les modes de coordination, obtenus sur des gestes simples, s'étendent à des mouvements complexes ; (2) le mode de coordination en AC dépend des caractéristiques temporelles du mobile utilisé dans la tâche ; (3) les commandes impliquant les APAs et le mouvement focal sont associées ou dissociées en fonctions des contraintes temporelles TRS et AC. Ainsi, nous avons démontré que : (1) les stratégies de coordination posture / mouvement s'appliquent sur les mouvements complexes ; (2) la prédictibilité du moment de déclenchement dans la condition AC rapproche celle-ci de la situation AI ; (3) les différences de coordination entre les conditions réactive (TRS) et prédictives (AC, AI) sont liées à des différences dans les mécanismes de préparation consistant à dissocier les commandes posturales et focales en situation prédictive et à associer ces commandes dans la situation réactive. Les implications théoriques qui émergent de ces résultats sont discutées.

L'objectif général de ce travail de thèse était d'examiner, chez le sujet jeune et bien portant, l'adaptabilité des commandes motrices posturale et focale associées à une tâche de poussée bilatérale dynamique lorsque la capacité posturo-cinétique est spécifiquement contrainte par trois types de facteurs : i) le changement d'appui de bipodal à unipodal (1ère expérimentation), ii) la dominance posturale (appui unipodal sur la jambe dominante ou sur la jambe non dominante ; 2ème expérimentation), et iii) la fatigue posturale (3ème et 4ème expérimentation). Les résultats de la 1ère expérimentation ont montré que le système nerveux central augmentait la durée des ajustements posturaux anticipateurs (APA) en condition unipodale de façon à maintenir un niveau de forces inertielles équivalent à celui obtenu en condition bipodale, et donc à maintenir un niveau de contreperturbation anticipatrice équivalent. Il en résultait une performance focale (vitesse maximale) optimale. Les résultats de cette expérimentation, basée sur une analyse des caractéristiques biomécaniques des APA, ont également montré que ce type de stratégie adaptative caractérisée par un allongement de la durée des APA ne dépendait pas de la dominance posturale. En revanche, l'analyse électromyographique (2ème expérimentation) a révélé que la réponse adaptative des muscles posturaux au changement d'appui (de bipodal à unipodal) était asymétrique, i.e. que le niveau d'activation des muscles posturaux nécessaire à assurer une contre-perturbation posturale et une performance focale optimales était plus élevé lorsque les sujets se tenaient en appui unipodal sur la jambe non dominante que sur la jambe dominante. La capacité d'adaptation au changement d'appui serait donc meilleure dans cette dernière situation car plus " économique " en terme énergétique. Enfin, les résultats de la 3ème et de la 4ème expérimentation suggèrent que cette capacité d'adaptation est altérée suite à la répétition intensive de séries de contractions isométriques de haute intensité. Dans ces conditions de fatigue, l'amplitude des APA était en effet drastiquement réduite comparativement à la condition " non fatigue ". L'ensemble de ces résultats contribue à une meilleure connaissance des capacités d'adaptation des commandes motrices posturales et focales associées à l'exécution du mouvement volontaire.

La chute est un problème de santé publique qui touche principalement les personnes âgées. Nos travaux portent sur la caractérisation des stratégies biomécaniques et cognitives impliquées dans le maintien et le rattrapage de l'équilibre et qui permettent à une personne âgée d'éviter de chuter. En particulier, nous nous sommes intéressé à une population âgée, encore autonome et en bonne santé, dans le but d'identifier les personnes à risque et de permettre une intervention le plus tôt possible. Nous avons pu mettre en évidence que, dans cette population, les tests cliniques classiques ne permettent pas de bien discriminer les « chuteurs » des « non-chuteurs » et que le problème de la chute ne réside pas que dans une déficience musculaire mais aussi cognitive et/ou sensorielle qui affecte les réponses biomécaniques de rattrapage. Les tests les plus discriminants sont identifiés et un outil d'évaluation du risque de chute, permettant d'identifier rapidement les déficiences, est proposé. Enfin, nous fournissons des informations sur les mécanismes impliqués dans les pas protectifs, une stratégie d'équilibration prévalente mais peu évaluée dans les tests cliniques / Falling is a common and concerning health problem for the elderly population. This research work focuses on the characterization of the biomechanical and cognitive strategies involved in the balance maintain and balance recovery that help elderly to avoid a fall. Particularly, we interested in a community-dwelling elderly population, in order to identify the persons who are at risk of fall and suggest a forward preventive intervention. We show, for this population, that usual clinical tests do not well discriminate between “fallers” and “non-fallers” and that the fall problem is more concerned by cognitive and/or sensorial troubles than by muscular troubles that affect biomechanical responses. The most discriminant tests are identified and a risk of fall assessment tool is suggested to give informations about the deficient mechanisms. Finally, we provide informations about the mechanisms involved in protective steps, a prevalent balance strategy which not used in balance clinical assessments

Les mouvements volontaires sont accompagnés par des ajustements posturaux anticipateurs (APAs). Leur rôle consiste à prévenir et à compenser de possibles perturbations du corps provoquées par l’exécution du mouvement. Des études antérieures ont montré que la coordination posture / mouvement est modifiée selon que le mouvement est exécuté le plus rapidement possible en réponse à un signal externe (réactif :TRS), ou que le mouvement est auto-initié (prédictif :AI). L’objectif de ce travail est d’examiner le mode de coordination posture / mouvement impliqué dans une situation d’anticipation-coïncidence (AC) lors de l’exécution de mouvements simples et complexes, et ensuite, comparer ce mode aux modes TRS et AI. Trois études expérimentales ont été menées pour vérifier si : (1) les modes de coordination, obtenus sur des gestes simples, s’étendent à des mouvements complexes ; (2) le mode de coordination en AC dépend des caractéristiques temporelles du mobile utilisé dans la tâche ; (3) les commandes impliquant les APAs et le mouvement focal sont associées ou dissociées en fonctions des contraintes temporelles TRS et AC. Ainsi, nous avons démontré que : (1) les stratégies de coordination posture / mouvement s’appliquent sur les mouvements complexes ; (2) la prédictibilité du moment de déclenchement dans la condition AC rapproche celle-ci de la situation AI ; (3) les différences de coordination entre les conditions réactive (TRS) et prédictives (AC, AI) sont liées à des différences dans les mécanismes de préparation consistant à dissocier les commandes posturales et focales en situation prédictive et à associer ces commandes dans la situation réactive. Les implications théoriques qui émergent de ces résultats sont discutées. / Voluntary movements are generally accompanied by anticipatory postural adjustments (APAs). They are centrally generated as a feedforward mechanism to counteract the mechanical effects of predicted balance perturbations. Previous studies showed that the coordination between posture and movement is modified depending on whether the movement is performed in a reactive temporal pressure (TRS) or in a self-initiated (AI) manner. The aim of this thesis is to examine the coordination of posture and movement in anticipation-coincidence (AC) timing tasks in simple and complex movements, and then to compare this mode to the TRS and AI modes. Three experiments was achieved to verify : (1) whether simple movement coordination modes can be extended to complex movements ; (2) whether the temporal characteristics of the mobile used in the task modifies the coordination in AC condition ; (3) to which extent the motor commands of APAs and the focal movement are coupled in response to the TRS and AC temporal pressures. Results show that: (1) the different strategies of coordination between posture and movement are extended to the complex tasks; (2) the predictable timing of movement execution in the AC condition generates behaviours closer to those observed in AI condition; (3) the differences in the coordination between the reactive (TRS) and the predictive (AC, AI) conditions are related to the difference in the preparatory processes which consists on the dissociation of postural and focal commands in the predictive situations, and the association of this motor commands in the reactive situation. Theoretical implications emerging from these results are discussed.

L’objectif de cette thèse était de mettre en évidence les différentes stratégies adaptatives posturales et motrices face à une contrainte temporelle chez le jeune adulte et la personne âgée lors de la production d’un mouvement complexe mobilisant l’ensemble du corps. Le modèle de mouvement choisi est composé d’une flexion rapide de la cuisse dominante associée à une extension simultanée de l’index ipsilatéral. Les résultats de la première étude ont montré que le mode de déclenchement de la commande motrice modifiait l’organisation posturale du mouvement. La durée des APA associés à la flexion de la cuisse était plus courte en condition de pression temporelle forte (condition temps de réaction, TR) qu’en condition de pression temporelle faible (condition auto-initiée, AI). Cette diminution de la durée des APA était compensée par une augmentation du pic de déplacement anticipateur du centre des pressions (CP) vers la jambe oscillante. De cette façon, la stabilité dynamique ainsi que la performance motrice restaient inchangées. Les résultats de la deuxième étude ont montré que les sujets âgés étaient également capables de réduire la durée des APA en condition TR. Cependant, au contraire des sujets jeunes, ils ne compensaient pas cette diminution par une augmentation du déplacement anticipé du CP. La stabilité dynamique au moment du décollement du pied était dégradée dans cette population. Par ailleurs, l’effet de la pression temporelle sur la synchronisation motrice ne changeait pas avec l’avancée en âge. Cependant, l’erreur de synchronisation était plus importante chez les âgés que chez les jeunes, en condition AI uniquement. Enfin, l’étude 3 a montré que la modification transitoire des propriétés mécaniques des membres inférieurs (par l’addition d’une charge de 5 kg aux chevilles) affectait l’ordre de synchronisation du mouvement, en condition TR uniquement. En présence d’une charge, les sujets semblent basculer d’un mode de synchronisation de type « réactif » vers un mode « prédictif », ce qui leur permettait de maintenir une précision de synchronisation optimale. En revanche, le mode de contrôle des APA ne changeait pas. Il semble donc que le mode de contrôle des APA et de la synchronisation des mouvements puissent être dissociés selon les contraintes biomécaniques imposées par l’expérimentation. L’ensemble de ces résultats met en évidence la capacité du SNC à moduler l’ordre temporel de la synchronisation du mouvement ainsi que les paramètres spatio-temporels des APA dans le but d’assurer une coordination temporelle et une stabilité dynamique optimales. / This work aimed to investigate the adaptive postural and motor strategies developed by young and elderly healthy subjects during a complex task involving the whole body when facing a temporal pressure constraint. The motor task chosen was a simultaneous rapid leg flexion paired with ipsilateral finger index extension. Results of the first study showed that the mode of triggering of movement modifies the postural organization of the leg flexion. The APA duration associated with leg flexion was shorter in the reaction-time (RT, high temporal pressure) condition as compared to the self-initiated (SI, low temporal pressure) condition. This APA shortening was compensated by an increase of APA amplitude so that the mediolateral (ML) stability and the motor performance were both unchanged. Results of the second study showed that elderly subjects were unable to compensate this APA shortening by an increase of anticipatory ML centre-of-pressure displacement. Dynamic stability at foot-off was degraded in this population, with a consequent increased risk of ML imbalance and falling. Besides, the effect of temporal pressure on motor synchronization was not affected by ageing. Of particular importance, the synchronization error was greater in elderly than in young subjects, but in the SI condition only. Finally, the third study showed that transitory changes in the mechanical properties of the lower limbs (by ankle loading) affect the order of movement synchronization, but in the RT condition only. With ankle loading, subjects thus switched from a “reactive” to a “predictive” mode of synchronization allowing then to maintain an optimal synchronization. In contrast, ankle loading did not modify the mode of control of the APA. Therefore, it seems that the mode of control of APA and of movement synchronization can be decorrelated according to the biomechanical constraints. These results provide novel insights into the capacity of the CNS to modulate motor synchronization and APA spatio-temporal features to ensure optimal motor coordination and dynamic stability across ages.

Il est connu que le mouvement volontaire entraîne une perturbation de la posture, qui nécessite d'être compensée par des mouvement contre-perturbateurs définis comme " ajustements posturaux ". Ce processus dynamique, qui se produit avant, pendant et après le mouvement focal, nécessite la mobilité de la chaîne posturale, avec un patron spécifique pour chaque tâche.L'objectif de cette thèse de doctorat a été d'explorer l'influence de la mobilité du rachis sur les composantes focale et posturale du transfert assis- debout, ou sit-to-stand (STS), qui est une tâche indispensable à l'autonomie fonctionnelle. Trois séries expérimentales ont évalué l'effet d'une restriction de mobilité de la colonne vertébrale sur les ajustements posturaux anticipateurs (APAs) et le mouvement focal de la tâche de STS réalisée à vitesse maximale. Des paramètres biomécaniques ont été calculés à partir des données fournies par un plateau de forces et un capteur de pression. La première série a évalué l'effet de la mobilité lombo-pelvienne au moyen de trois types de contentions lombaires, et a montré qu'une réduction du jeu articulaire de cette région était associée des APAs plus longs et plus amples, ainsi qu'à une augmentation de la durée du mouvement focal. La seconde série a mis en évidence les mêmes variations en explorant l'influence de la mobilité de la colonne cervicale au moyen de trois contentions cervicales. La dernière série s'est focalisée sur le rôle de l'augmentation de la tension musculaire le long du tronc, en utilisant un protocole spécifique de compression bimanuelle. Les résultats ont montré qu'une tension musculaire plus élevée induisait une augmentation de la durée des APAs mais sans variation de la durée du mouvement focal. L'ensemble de ces résultats suggèrent que la colonne cervicale et la colonne lombaire sont à la fois impliquées dans les composantes focale et posturale du STS, et que le maintien de leur mobilité peut favoriser l'autonomie fonctionnelle. En revanche, l'augmentation de la tension musculaire le long du tronc nécessite uniquement une réorganisation des ajustements posturaux pour maintenir le même niveau de performance. / It is well known that voluntary movements induce internal disturbances to posture, which need to be balanced by counter-pertubing movements defined as " postural adjustments ". This dynamic process, which occurs before, during, and after the focal movement, requires the mobility of the postural chain, with a specific pattern for each task. The aim of this PhD thesis was to explore the influence of spine mobility on the focal and postural components of the sit-to-stand (STS) task, which is instrumental for functional autonomy. Three series of experiments assessed the effect of spine mobility restriction on anticipatory postural adjustments (APAs) and focal movement (FM) of the STS task peformed at maximum velocity. Biomechanical parameters were calculated from force plate, and pressure sensor data. The first series assessed the effect of lumbo-pelvic mobility using three different lumbar contentions, and showed that restricted articular free play in this area was associated with longer and larger APAs, along with a higher duration of the focal movement. The second series of experiment showed the same variations when exploring the effect of cervical spine mobility using three different cervical contentions. The last series focused on the effect of increased muscular tension along the trunk, using a specific bimanual compressive load paradigm.The results showed that higher tension lead to longer APAs with no variation of FM duration. Taken together, these findings suggest that the lumbar and cervical spine are involved in both the focal and postural components of the STS task, and that preserving their articular free play might be useful to favour functionnal autonomy. In contrast, increased muscular tension along the trunk only require a reorganization of the APAs to keep the same level of task performance.

Les troubles du contrôle postural (TCP) sont une cause majeure d’invalidité dans la maladie de Parkinson (MP) au stade évolué et sont fréquemment associés aux RBD (REM sleep behavior disorders). Les substrats anatomiques des TCP sont mal connus. Ils reposent en partie sur des lésions de la région locomotrice mésencéphalique (noyau pédonculopontin-PPN et noyau cunéiforme), également impliquée dans le contrôle du sommeil/vigilance et oculomoteur. Les saccades oculaires sont un modèle de contrôle moteur dont la quantification est robuste et les réseaux largement élucidés. Dans la MP au stade évolué, il existe une altération des saccades volitionnelles qui pourrait être associée aux TCP. Des dysfonctions des sous-réseaux du PPN pourraient participer à la survenue des TCP, du sommeil/vigilance et oculomoteurs.Notre objectif est de préciser les corrélats physiologiques et anatomo-fonctionnels des TCP, et le substrat de l’association clinique entre TCP et RBD dans la MP. Nous confrontons l’étude de l’initiation du pas (ajustements posturaux anticipatoires-APA) et d’autres tests de marche-équilibre à l’étude des saccades, et analysons les réseaux locomoteurs, de vigilance et oculomoteurs du PPN en IRM fonctionnelle. Nous montrons pour la première fois que les patients avec instabilité posturale ont un allongement de la latence des antisaccades et de la durée des APA, inter-corrélés. La durée des APA est corrélée aux anomalies de connectivité fonctionnelle entre le PPN et la SMA/préSMA. La présence de RBD est sous-tendue par des anomalies du réseau PPN-cortex cingulaire antérieur. L’allongement de la latence des antisaccades est associé à une désorganisation du réseau PPN-FEF. / Postural control (PC) impairment is a major cause of disability in Parkinson’s Disease (PD) and is frequently associated with RBD (REM-sleep behavior disorders-RBD). The networks underlying PC impairment in PD are not well known. They include lesions of the mesencephalic locomotor region (pedunculopontine nucleus-PPN, and cuneiform nucleus), which is also involved in the control of sleep/vigilance. Saccades are a model of motor control, their quantification is reliable and their networks have been largely elucidated. PD patients at evolved stages have predominant volitional saccades alterations which could be associated with some aspects of postural control disorders. Dysfunctions of specific PPN networks could be involved in PC impairment, sleep/vigilance and oculomotor disorders. Our goal is to specify the neurophysiological and anatomo-functional correlates of postural control impairment and to specify the substrates underlying the co-occurrence of postural control disorders and RBD in PD. We confront the study of gait initiation (anticipatory postural adjustments-APA) with the antisaccades paradigm, and we analyze the PPN functional locomotor, vigilance and oculomotor networks. We show for the first time that PD patients with postural instability have prolonged antisaccades latencies and APA duration, and that these disorders are intercorrelated. APA duration is correlated with PPN-SMA/préSMA functional connectivity abnormalities, the presence of RBD is associated with disruptions in the PPN-anterior cingular cortex network and prolonged antisaccade latencies are possibly underlined by PPN-FEF functional disorganization.

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L'accomplissement d'un mouvement volontaire suppose la mise en jeu de processus de préparation qui prédéterminent l'efficacité du comportement moteur. Cette préparation motrice peut être dépendante de l'incertitude temporelle et/ou événementielle prise en compte par le système nerveux central en vue de réaliser l'acte moteur. Cependant, cette activité motrice intentionnelle est confrontée à deux exigences apparemment contradictoires qui sont d'une part, le mouvement de certains segments corporels orientés vers un but et d'autres part la stabilisation des autres segments du corps afin de maintenir l'équilibre. Ce travail vise à croiser les données issues du champ de la chronométrie mentale avec celles issues du domaine du contrôle postural en vue de mettre en évidence l'impact de la préparation motrice sur la coordination entre la posture et le mouvement. La recherche présentée ici a pour ambition de modifier la qualité de la préparation motrice afin 1) de montrer que la coordination posture/mouvement est dépendante des processus de préparation, et 2) d'évaluer cette préparation au regard des effets des différentes incertitudes temporelles et événementielles sur les ajustements posturaux anticipés (APAs).<br />Ainsi, ce travail doctoral supporte l'idée que la composante posturale d'une tâche posturo-cinétique est dépendante d'une certaine préparation. Cette dernière l'influence grâce aux différents impacts dont elle dispose sur le système de traitement de l'information.