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.

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.

Résumé : L’objectif de cette thèse était d’investiguer l’influence des émotions sur l’organisation biomécanique de mouvements volontaires complexes, c’est-à-dire mobilisant l’ensemble du corps. L’effet des émotions a été testé par le biais de l’hypothèse de la direction motivationnelle selon laquelle 1) les stimuli plaisants faciliteraient les comportements d’approche et perturberaient les comportements d’évitement et 2) les stimuli déplaisants faciliteraient les comportements d’évitement et perturberaient les comportements d’approche. Deux modèles expérimentaux du mouvement complexe ont été choisis : l’initiation du pas vers l’avant et vers l’arrière (étude 1) et l’élévation latérale de la jambe (études 2 à 4). Les émotions étaient manipulées en exposant les participants à des images de l’International Affective Pictures System (induisant des émotions plaisantes et déplaisantes, étude 1) et en plaçant les participants au bord d’une plateforme surélevée (induisant une peur de chuter, études 2 à 4). Les mouvements étaient réalisés sur une plateforme de force (études 1 à 3). La cinématique du mouvement de la jambe oscillante était enregistrée grâce au système de capture de mouvements VICON (études 2 et 3). Les paramètres psychologiques (dimension de valence et d’activation des émotions, peur de chuter) étaient évalués grâce à des questionnaires. Les résultats de la première étude ont montré que les émotions plaisantes facilitaient les comportements d’approche (en termes de réactivité) et perturbaient les comportements d’évitement (en termes de vitesse du centre des masses lors des ajustements posturaux anticipateurs (APA) associés à un pas vers l’arrière), comparativement aux images déplaisantes et neutres. Cependant ces images semblaient aussi pouvoir perturber les comportements d’approche (en termes de pic de vitesse du centre des masses lors de l’exécution du pas vers l’avant). Les résultats de la deuxième étude ont démontré que les comportements d’approche envers la menace posturale (c’est-à-dire le vide) étaient perturbés (en termes d’amplitude et de durée des APA), comparativement aux comportements d’évitement. La troisième étude s’est ensuite intéressée à l’existence de différences interindividuelles dans la relation entre la menace posturale (et donc la peur de chuter) et l’organisation du mouvement volontaire. Les résultats ont révélé que la confiance en l’équilibre était un facteur de protection à la menace posturale. Ainsi, les participants reportant une forte confiance en leur équilibre étaient moins perturbés par la menace posturale que les participants reportant une faible confiance en leur équilibre. Enfin, la quatrième étude a cherché à expliquer l’existence de ces différences interindividuelles. Les résultats ont montré que l’estime globale de soi pouvait expliquer une partie de ces différences. En conclusion, les résultats de cette Thèse ne semblent confirmer que partiellement l’hypothèse de la direction motivationnelle. Pris ensemble, ces résultats ont permis d’améliorer la compréhension des processus sous-jacents à l’influence des émotions sur l’organisation du mouvement volontaire.Mots clés : Ajustements Posturaux Anticipateurs, Approche-Évitement, Contrôle Moteur, Émotions, Hypothèse de la Direction Motivationnelle / The aim of this thesis is to investigate the influence of emotions on the planning and execution of whole body voluntary movement. The effect of emotions was test thanks to the motivational direction hypothesis which supposed that 1) pleasant stimuli should facilitate approach and perturb avoidance behaviors. 2) Unpleasant stimuli should facilitate avoidance and perturb approach behaviors. Two experimental protocols have been chosen to pursue the investigation: Forward and backward gait initiation (study 1) and lateral elevation of the leg (studies 2-4). The emotions were manipulated by exposing the subjects to pictures of the International Affective Pictures System (inducing pleasant and unpleasant emotions, study 1) and by placing the subjects at the edge of an elevated platform (inducing fear of falling). Movements were performed on force platform (studies 1-3). Kinematic parameters of leg movement were recorded by the system of motion capture VICON (studies 2 and 3). Psychological parameters (valence and arousal dimensions of emotions fear of falling) were assessed by questionnaires. Results of the first study showed that pleasant pictures facilitated approach behaviors (as observed in the reactivity) and perturbed avoidance behaviors (as observed in the velocity of centre of mass during anticipatory postural adjustment (APA) prior to the execution of a backward step), compared to unpleasant or neutral pictures. However, these pleasant pictures also perturbed approach behaviors (as observed in the peak of centre of mass velocity during the execution of a forward step). Results of the second study showed that approach behaviors toward the postural threat (i.e, the void) were perturbed (as observed in the amplitude and duration of APA), compared to avoidance behaviors. The third study focused on the inter-individual differences in the relation between postural threat and organization of movement. Results revealed that balance confidence of the participants dealing with increased postural threat. In other terms, participants reported a high confidence in their own balance control were least perturbed than those reported a low balance confidence and vice versa. Finally, in the fourth study we tried to explain these inter-individual differences. The self-esteem seems to explain these differences. In conclusion, the results of this thesis seem to partially confirm the hypothesis of motivational direction. Put together, the results help improve our general understanding of the influence of emotions on the planning and execution of voluntary movements.Keywords: Anticipatory Postural Adjustments, Approach-Avoidance, Emotions, Motivational Direction Hypothesis, Motor Control

L’objectif général de cette thèse était d’analyser les effets d’une modification expérimentale de la capacité-posturo-cinétique (CPC) sur l’organisation biomécanique de l’initiation de la marche (IM) chez le jeune adulte. L’hypothèse générale était qu’une altération de la CPC a un effet négatif sur la stabilité et/ou la performance motrice et, qu’à l’inverse, une amélioration de la CPC a un effet positif. Pour tester cette hypothèse, trois expérimentations ont été réalisées, chacune ayant pour objet de modifier une composante spécifique de la CPC en lien avec le contexte clinique. Dans une première expérimentation, les effets d’une fatigue bilatérale aigue des Tibialis Anterior, muscles impliqués dans les ajustements posturaux anticipateurs (APA) de l’IM, étaient analysés. Les résultats ont montré que lorsque l’IM était réalisée en condition de fatigue, le recul anticipateur du centre des pressions et la vitesse du centre de gravité lors du décollement du pied étaient réduits, malgré une augmentation de la durée des APA. En conséquence, la performance motrice (vitesse maximale du centre de gravité/longueur du pas) était réduite. Les résultats d’une étude complémentaire ont montré que les sujets restaient cependant capables d’atteindre le même niveau de performance qu’en condition « sans fatigue » lorsque la consigne expérimentale l’exigeait. Dans une deuxième expérimentation, les effets d’une hypomobilité unilatérale du genou induite par un port d’attelle ont été investigués. En condition de port d’attelle, l'amplitude des APA médio-latéraux, ainsi que la stabilité étaient augmentées comparativement à la condition contrôle (IM sans port d’attelle). En revanche, la performance motrice était réduite. Là encore, lorsque la consigne expérimentale l’exigeait, les sujets étaient capables d’atteindre le même niveau de performance motrice qu’en condition contrôle, mais au détriment de la stabilité. Enfin, dans une troisième expérimentation, les effets d’une augmentation de la mobilité de la chaîne posturale, induite par une manipulation vertébrale de type HVLA étaient analysés. Les participants étaient répartis dans groupe expérimental (subissant la manipulation HVLA) et un groupe témoin (subissant une manipulation neutre). Les résultats ont mis en évidence un gain de mobilité du rachis de 20% suite à ce type de manipulation, suggérant une amélioration de la CPC. De façon surprenante, l’amplitude des APA et la performance motrices étaient réduites dans le groupe expérimental uniquement. En conclusion, l’ensemble de ces résultats suggère que lorsque la CPC est modifiée expérimentalement, le SNC priorise la protection corporelle, le maintien de la stabilité posturale ou le maintien de la performance motrice, en fonction de la consigne expérimentale et de la contrainte appliquée au niveau du système musculo-squelettique. / The main objective of this thesis was to assess the effects of an experimental modification of the posturo-kinetic capacity (PKC) on the biomechanical organization of gait initiation (GI) in young adults. The general hypothesis was that an alteration of PKC has a negative effect on stability and / or motor performance and that conversely, an improvement in PKC has a positive effect. To test this hypothesis, three experimentations were conducted. Each of them aimed at modifying a specific component of the PKC related to the clinical context. In a first experimentation, the effects of acute bilateral fatigue of Tibialis Anterior, muscles involved in the anticipatory postural adjustments (APA) of GI, were analyzed. Results showed that when the GI was performed in fatigue condition, the anticipatory backward of the center of pressure as well as the speed of the center of gravity during the detachment of the foot were reduced, despite an increase in the duration of APA. As a consequence, the driving performance (maximum center of gravity speed / step length) was reduced. Results of a complementary study showed that the subjects were nevertheless able to reach the same level of performance as in "no fatigue" condition when the experimental set point required it. In a second experimentation, the effects of unilateral hypomobility of the knee induced by orthosis were investigated. In orthosis condition, both mediolateral APA amplitude and stability were increased, compared to control condition (GI without orthosis). However, motor performance was reduced. Again, when the experimental set point required it, the subjects were able to achieve the same level of motor performance as under control conditions, but to the detriment of stability. Finally, in a third experimentation, the effects of an increase of postural chain mobility induced by HVLA-type (High-Velocity, Low-Amplidude) vertebral manipulation were assessed. The participants were divided into experimental group (with HVLA manipulation) and a sham group (with neutral manipulation). The results showed a spinal mobility gain of 20% following this type of manipulation, suggesting an improvement of the PKC. Surprisingly, APA amplitude and motor performance were reduced in the experimental group only. To conclude, all these results suggest that when PKC is experimentally modified, the CNS prioritizes body protection, maintenance of the postural stability or maintenance of the motor performance, depending on experimental conditions and constraints applied on musculoskeletal system.

L’objectif général de cette thèse était d’investiguer l’organisation posturale de l’initiation de la marche (IM) lors de l’application cumulée de contraintes temporelles et spatiales. L’hypothèse générale était que le système postural, chez le jeune adulte sain, est capable de s’adapter à une variation du degré de contrainte imposé expérimentalement, pour maintenir un niveau de performance motrice et de stabilité invariant. Trois études ont été réalisées pour tester cette hypothèse générale, auxquelles s’est ajoutée une étude de validation de mesure des dimensions de la base de support (BS). L’objectif de la première étude était d’analyser l’effet de la pression temporelle (PT) et de la présence d’un obstacle à franchir sur l’organisation posturale de l’IM. Les résultats ont montré que la durée des ajustements posturaux anticipateurs (APA) était réduite en condition de PT forte comparativement à la condition de PT faible. Cette contrainte n’entrainait cependant pas d’altération de la stabilité et de la performance motrice, vraisemblablement grâce à l’augmentation concomitante de l’amplitude des APA. Par ailleurs, il a été montré que l’enjambement de l’obstacle induisait une augmentation de la durée de la phase oscillante provoquant, de fait, une augmentation potentielle de l’instabilité posturale. Cet effet négatif était cependant contrebalancé par un développement d’APA plus important qu’en condition sans obstacle. Dans cette première étude, la hauteur et la distance à l’obstacle étaient fixes. L’objectif de la deuxième étude était d’analyser l’effet d’une modification des caractéristiques de l’obstacle, combinée à une variation de la contrainte temporelle sur l’organisation posturale de l’IM. Trois hauteurs et distances d’obstacle, et deux niveaux de PT étaient combinés. Pour mettre en évidence le caractère adaptatif de la modulation des caractéristiques des APA en fonction des contraintes spatiotemporelles imposées, un modèle mécanique original du corps humain permettant de formaliser la trajectoire du centre des masses a été élaboré. En accord avec la première étude, les résultats ont montré que la stabilité posturale et la performance motrice demeuraient équivalentes dans les différentes conditions, malgré les larges variations des contraintes imposées. Le modèle mécanique nous a permis de démontrer que cette invariance était liée à la modulation de l’amplitude des APA, témoignant ainsi de l’adaptabilité du système postural aux contraintes imposées. Cette expérimentation a également permis de mettre en évidence de façon fortuite que plus la distance à l’obstacle était importante, plus le pourcentage de pose avant-pied augmentait. L’objectif de la troisième étude était d’analyser l’effet de la pose de pied (avant ou arrière-pied) sur l’organisation posturale de l’IM avec franchissement d’obstacle. Les résultats ont montré que cette organisation posturale dépendait étroitement de la stratégie de pose du pied. Ceux-ci suggéraient l’existence d’une relation d'interdépendance entre les mécanismes de contrôle de l'équilibre de l’IM et la stratégie de pose du pied permettant ainsi, un contrôle optimal de la stabilité. L’objectif de la quatrième étude était de valider la mesure des dimensions de la BS au cours de l’IM à l’aide d’une plateforme de force (méthode dynamique), en prenant pour « gold standard » le système VICON. Les résultats ont montré que la méthode dynamique était suffisamment précise pour pouvoir être comparée au gold standard. En conclusion, l’ensemble de ces résultats suggère que chez le jeune adulte sain, le SNC est capable de moduler de façon adaptative et optimale les mécanismes de contrôle de l’équilibre en fonction des contraintes spatiotemporelles imposées. En termes d’implications cliniques, l’IM avec franchissement d’obstacle serait une méthode de rééducation intéressante aussi bien en évaluation (test-retest) qu’en rééducation où l’obstacle permettrait de proposer une contrainte dosable et reproductible / The main objective of this thesis was to investigate the postural organization of gait initiation (GI) during the application of temporal and spatial constraints. The main hypothesis was that the postural system, in the healthy young adult, is able to adapt to the degree of constraint imposed experimentally, in order to maintain an invariant level of motor performance and stability. Three studies were conducted to test this main hypothesis, with the addition of a validation study measuring the dimensions of the base of support (BOS). The objective of the first study was to analyze the effect of temporal pressure (TP) and the presence (or not) of an obstacle to be cleared on the postural organization of GI. The results showed that the duration of anticipatory postural adjustments (APA) was drastically reduced under the condition of high TP (GI in reaction time) compared to the condition of low TP (GI in self-initiated). This constraint didn’t result in a decrease of stability and motor performance, probably due to the increase in APA amplitude. In addition, it has been shown that clearing an obstacle induces an increase in the duration of the swing phase causing, a potential increase of the postural instability. This negative effect was, however, counterbalanced by the development of more significant APA than without obstacle. In this first study, the height and the distance of the obstacle were fixed. The objective of the second study was to analyze the effect of a modification in the characteristics of the obstacle to be cleared, combined with a variation of temporal constraint on the postural organization of GI. Three heights and three obstacle distances, and two TP levels were combined. To insist on the adaptive character of the characteristics of APA modulation according to the spatiotemporal constraints imposed, an original mechanical model of the human body formalizing the centre of mass trajectory has been elaborated. In agreement with the first study, the results showed that postural stability and motor performance remained equivalent under the different experimental conditions, despite wide variations in the imposed stress level. The mechanical model allowed us to demonstrate that this invariance was related to the amplitude modulation of APA, thereby demonstrating the adaptability of the postural system to imposed constraints. This experiment also highlights "fortuitously" that as the obstacle distance increase, the higher percentage of forefoot strike increase. Also, the objective of the third study was to analyze the effect of the foot strike strategy (front or rear foot) on the postural organization of the GI with an obstacle to be cleared. The results showed that this postural organization was dependent on the swing foot-off strategy. These results suggested the existence of an interdependent relationship between GI's balance control mechanisms and the foot strike strategy, allowing an optimal control of stability. Finally, the objective of the fourth study was to validate the measurement of the BOS dimensions during GI using a force platform (dynamic method), taking the VICON system as gold standard. The results showed that the dynamic method was sufficiently precise to be compared to the gold standard. In conclusion, all of these results suggest that in the healthy young adult, the CNS is able to adaptively and optimally modulate the balance control mechanisms according to the spatiotemporal constraints imposed experimentally. For clinical implications, GI with obstacle to be cleared would be an interesting method of rehabilitation in both test-retest and rehabilitation where the obstacle would provide a measurable and reproducible constraint.