Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016-2017 / Introduction : Une proportion importante des individus ayant recours à des services de réadaptation physique vit avec de la douleur et des incapacités locomotrices. Plusieurs interventions proposées par les professionnels de la réadaptation afin de cibler leurs difficultés locomotrices nécessitent des apprentissages moteurs. Toutefois, très peu d’études ont évalué l’influence de la douleur sur l’apprentissage moteur et aucune n’a ciblé l’apprentissage d’une nouvelle tâche locomotrice. L’objectif de la thèse était d’évaluer l’influence de stimulations nociceptives cutanée et musculaire sur l’acquisition et la rétention d’une adaptation locomotrice. Méthodologie : Des individus en santé ont participé à des séances de laboratoire lors de deux journées consécutives. Lors de chaque séance, les participants devaient apprendre à marcher le plus normalement possible en présence d’un champ de force perturbant les mouvements de leur cheville, produit par une orthèse robotisée. La première journée permettait d’évaluer le comportement des participants lors de la phase d’acquisition de l’apprentissage. La seconde journée permettait d’évaluer leur rétention. Selon le groupe expérimental, l’apprentissage se faisait en présence d’une stimulation nociceptive cutanée, musculaire ou d’aucune stimulation (groupe contrôle). Initialement, l’application du champ de force provoquait d’importantes déviations des mouvements de la cheville (i.e. erreurs de mouvement), que les participants apprenaient graduellement à réduire en compensant activement la perturbation. L’erreur de mouvement moyenne durant la phase d’oscillation (en valeur absolue) a été quantifiée comme indicateur de performance. Une analyse plus approfondie des erreurs de mouvement et de l’activité musculaire a permis d’évaluer les stratégies motrices employées par les participants. Résultats : Les stimulations nociceptives n’ont pas affecté la performance lors de la phase d’acquisition de l’apprentissage moteur. Cependant, en présence de douleur, les erreurs de mouvement résiduelles se trouvaient plus tard dans la phase d’oscillation, suggérant l’utilisation d’une stratégie motrice moins anticipatoire que pour le groupe contrôle. Pour le groupe douleur musculaire, cette stratégie était associée à une activation précoce du muscle tibial antérieur réduite. La présence de douleur cutanée au Jour 1 interférait avec la performance des participants au Jour 2, lorsque le test de rétention était effectué en absence de douleur. Cet effet n’était pas observé lorsque la stimulation nociceptive cutanée était appliquée les deux jours, ou lorsque la douleur au Jour 1 était d’origine musculaire. Conclusion : Les résultats de cette thèse démontrent que dans certaines circonstances la douleur peut influencer de façon importante la performance lors d’un test de rétention d’une adaptation locomotrice, malgré une performance normale lors de la phase d’acquisition. Cet effet, observé uniquement avec la douleur cutanée, semble cependant plus lié au changement de contexte entre l’acquisition des habiletés motrices et le test de rétention (avec vs. sans douleur) qu’à une interférence directe avec la consolidation des habiletés motrices. Par ailleurs, malgré l’absence d’influence de la douleur sur la performance des participants lors de la phase d’acquisition de l’apprentissage, les stratégies motrices utilisées par ceux-ci étaient différentes de celles employées par le groupe contrôle. / Introduction: A large proportion of individuals undergoing physical rehabilitation live with concurrent pain and locomotor disabilities. Many rehabilitation interventions targeting these locomotor disabilities are based on motor learning principles. However, very few studies have assessed the effect of pain on motor learning and none has targeted locomotor learning. The objective of this thesis was to evaluate the effect of cutaneous and muscular nociceptive stimulations on the acquisition and retention of a locomotor adaptation. Methods: Healthy individuals participated in laboratory sessions on two consecutive days. On each day, participants had to learn to walk as normally as possible while a robotized ankle-foot orthosis systematically applied a force field perturbing their ankle movements. Day 1 allowed the quantification of participants’ behaviour during the acquisition phase of motor learning. Day 2 tested retention. A cutaneous or muscular nociceptive stimulation, or no stimulation (Control group) was applied to participants during one or both learning sessions as a function of the group they were assigned to. Initially, the force field caused large deviations of participants’ ankle movements (i.e. movement errors). After walking several strides with the perturbation, participants learned to overcome it, thereby reducing movement errors. The mean absolute movement error during swing was calculated to assess participants’ performance. Detailed analysis of movement errors combined with muscle activity allowed to quantify the motor strategies employed. Results: Pain did not interfere with motor performance during the acquisition phase of motor learning. However, movement errors occurred later in the swing phase in the presence of pain, suggesting a reduction in anticipatory strategy compared to controls. For the muscle pain group, this change in strategy was associated with a reduced early activation of the Tibialis Anterior muscle. Furthermore, the presence of cutaneous pain on Day 1 interfered with participants’ performance on Day 2, when the retention test was performed in the absence of pain. However, this effect was not observed if cutaneous pain was applied on both days or if Day 1 pain was muscular. Conclusions: Results obtained showed that under particular circumstances, pain can greatly influence participants’ performance during a retention test, despite apparently normal performance during the acquisition phase of learning. This finding, observed only for cutaneous pain, appears to be more related to the change in context between the acquisition of motor skills and the retention test (pain vs no pain) than to a direct interference with the consolidation processes. Moreover, despite the fact that pain had no effect on motor performance during the acquisition phase of motor learning, motor strategies used by participants were modified when compared to controls.

Dans ce mémoire, l’effet de la douleur expérimentale tonique sur l’acquisition et la rétention motrice a été évalué durant l’apprentissage d’une tâche d’atteinte perturbée par un champ de force. Deux variables ont été utilisées pour caractériser l’apprentissage moteur chez les deux groupes étudiés (Contrôle et Douleur) : (1) l’erreur cinématique moyenne, qui reflète la performance globale pendant la tâche; et (2) l’angle de déviation initiale, un indicateur des stratégies motrices anticipatoires. Nos résultats démontrent que la présence de douleur n’affecte pas la performance globale pendant les phases d’acquisition et de rétention motrices. Toutefois, les changements dans stratégies anticipatoires observées en début de mouvement sont augmentés en présence de douleur, et perdurent lors de l’évaluation de la rétention (jour 2) même si aucune douleur n’est présente. En conclusion, notre projet de recherche démontre la pertinence d’étudier l’effet de la douleur durant l’apprentissage moteur particulièrement pour les patients en réadaptation. / This master’s thesis is on the effect of tonic experimental pain on motor acquisition and retention while learning to reach in a force field. Two variables were used to characterize motor learning for Control and Pain groups; (1) the mean kinematic error associated to the global performance and (2) the initial angle of deviation, indicator of motor planning. Our results showed that tonic pain did not affect global performance during both acquisition and retention phases. However, the change in the anticipatory response in the feedforward component of the movement was increased. Interestingly, this behaviour was maintained on Day 2, despite the fact that no pain was then present. In conclusion, our work supports the importance of understanding the effect of pain on motor learning for patients in pain during their rehabilitation.

Titre de l'écran-titre (visionné le 27 septembre 2023) / Il est bien établi que la consolidation d'une nouvelle habileté motrice survient hors ligne, c'est-à-dire sans pratique supplémentaire, entre les sessions de pratique (Robertson et al., 2004a). Il y a de plus en plus d'évidences que le sommeil joue un rôle essentiel dans ce processus de consolidation (King et al., 2017). Les réseaux neuronaux qui sous-tendent la consolidation en mémoire d'un apprentissage moteur pendant la pratique et pendant une période de sommeil ont été largement caractérisés (King et al., 2017), mais les dynamiques cérébrales associées à ce processus restent peu explorées. Des données de magnétoencéphalographie (MEG) ont été utilisées pour caractériser l'effet du sommeil sur les dynamiques cérébrales associées à la consolidation en mémoire d'un apprentissage moteur. Deux groupes de participants sains (n =33) ont été entrainés sur une tâche d'appuis-bouton séquentiels avec leur main non-dominante pendant que leur activité cérébrale était enregistrée en MEG. Les participants ont ensuite réalisé la même tâche dans la MEG durant une session de retest trois jours après l'entrainement initial. Durant la première nuit suivant la session d'entrainement initial, le premier groupe a dormi normalement (groupe SG), alors que le second groupe a été privé de sommeil (groupe SDG). Les données comportementales ont montré une plus grande amélioration de la performance durant le retest comparativement à l'entrainement initial chez le groupe SG seulement, confirmant que le sommeil améliore la consolidation en mémoire. Les analyses des données MEG ont révélé une modulation de l'activité oscillatoire bêta durant la pratique au niveau du cortex moteur primaire (M1) dans le groupe SG. Spécifiquement, nous avons observé une diminution de la désynchronisation reliée au mouvement durant le retest comparativement à l'entrainement initial. Durant les périodes de repos inter-pratique, soit les courtes périodes de repos (15s) entrecoupées entre les blocs de pratique, une augmentation de la synchronisation des oscillations bêta dans les aires pariétales a été observée durant la session de retest comparativement à l'entrainement initial pour le groupe SG seulement. Finalement, une corrélation positive a été observée entre les changements intersession de la performance et de l'activité oscillatoire cérébrale dans le groupe SG: plus l'amélioration de la performance était grande, plus la diminution de la désynchronisation bêta reliée au mouvement dans l'hippocampe était grande. Ces résultats suggèrent que le sommeil favorise la consolidation en mémoire d'un apprentissage moteur et module l'activité oscillatoire associée à la pratique et aux périodes de repos dans un réseau moteur, pariétal et hippocampique. / It is well-established that the consolidation of newly acquired motor skills occurs offline, i.e., without further task practice, between practice sessions (Robertson et al., 2004a). There is increasing evidence that sleep plays a critical role in the motor memory consolidation process (King et al., 2017). The neural networks underlying motor learning and sleep-related memory consolidation have been extensively characterized (King et al., 2017) but less is known about the oscillatory brain dynamics supporting these processes. Magnetoencephalography (MEG) was used to characterize the effect of post-learning sleep on the oscillatory dynamics associated with motor memory consolidation. Two groups of young healthy participants (n = 33) were trained on a sequential finger-tapping task with their left non-dominant hand while their brain activity was recorded with MEG. The participants then performed the same task during a retest session taking place in the MEG three days after the initial training. During the first night following the initial training session, one group of participants slept normally (SG group), while the other group was totally sleep-deprived (SDG group). The behavioral results show greater performance improvement from training to retest in the SG as compared to the SDG, suggesting that sleep is beneficial for motor memory consolidation. MEG data analysis revealed a modulation of practice-related beta (18-25 Hz) oscillatory activity over the primary motor cortex (M1) in the SG group. Specifically, we observed a decrease in movement-related desynchronization during task practice during retest as compared to training. During inter-practice rest periods, i.e., the short rest blocks (15s) interspersed between blocks of task practice, greater beta synchronization was observed over parietal regions during the retest as compared to the initial training session in the SG group. Finally, a positive correlation was observed between inter-session changes in performance and oscillatory brain activity in the SG, such that the greater the performance improvement, the greater the decrease in task-related beta desynchronization in the hippocampus. These results suggest that sleep promotes motor memory consolidation and modulates the oscillatory activity associated with both task practice and inter-practice rest periods in a motor-parietal-hippocampal network.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Lobjectif de notre travail était triple. Dune part, nous voulions caractériser lévolution de la trace mnésique dans les 48 heures qui suivent lapprentissage explicite dune tâche motrice séquentielle (FTT). Nous nous sommes intéressés plus particulièrement à la période qui suit immédiatement lapprentissage de cette tâche. En effet, cette période, particulièrement vulnérable à une interférence au sens large du terme, semble cruciale dans le processus de consolidation de la trace mnésique. Dautre part, les différentes étapes de lapprentissage moteur ayant été définies, nous voulions étudier le rôle spécifique de M1 au cours de chacune de celles-ci. Pour ce faire, nous avons utilisé la SMTr à faible fréquence que nous avons appliquée à différents délais sur le scalp en regard du cortex moteur primaire controlatéral à la main utilisée pour la tâche. Enfin, quelques études récentes suggérant que la SMTr à haute fréquence pourrait améliorer certaines tâches cognitives et motrices chez le sujet sain comme chez le sujet cérébrolésé, nous avons tenté daugmenter la performance de nos volontaires sains en leur appliquant la SMTr à haute fréquence en regard du cortex moteur primaire directement après lapprentissage de la tâche. Au terme de ce travail nos conclusions sont les suivantes : 1. Le traitement de la trace mnésique fraîche est un processus dynamique qui passe au moins par trois étapes. a. Lors de la première étape, caractérisée par les 30 premières minutes qui suivent lentraînement, la trace mnésique est accessible, plus efficace quà la fin de lentraînement mais fragile aux perturbations extérieures. Une interférence survenant à ce moment peut détériorer le rappel immédiat de la tâche et dans certaines conditions la performance à long terme. b. La seconde étape, caractérisée par les heures qui suivent lentraînement et pendant lesquelles le sujet est éveillé, correspond à une phase de stabilisation de la trace mnésique durant laquelle celle-ci est moins accessible mais plus robuste aux interférences. c. La troisième étape correspond à lamélioration de performance survenant après au moins une nuit de sommeil. Bien que nous nayons pas testé spécifiquement le rôle du sommeil, nous avons montré que 24 et 48 heures après lentraînement, la trace mnésique est optimale et de nouveau accessible lors de lexécution de la tâche. 2. La première étape nest pas dépendante du niveau de performance du sujet. Elle est présente après un premier entraînement mais également 48 heures plus tard après un second entraînement. Il reste néanmoins à préciser si ce gain de performance survenant précocement après lentraînement est toujours présent ou non après plusieurs semaines dentraînement, lorsque le sujet a atteint son niveau de performance maximal. 3. Le rôle de la première étape dans le processus de consolidation à long terme reste à préciser. Dun côté, le gain de performance acquis lors de la première étape (5 et 30 minutes) est proportionnel au gain de performance acquis lors de la troisième étape (après 48 heures). Ces données suggèrent que la première étape reflète une structuration précoce de la trace mnésique. Dun autre côté, cette première étape est partiellement supprimée par la SMTr sans modification de la performance à plus long terme, suggérant que la première et la troisième étape sont au moins partiellement indépendantes. 4. Contrairement à lapprentissage dune tâche motrice simple (Muellbacher et coll. 2002), la consolidation de la trace mnésique survient très précocement pendant la phase dacquisition de la tâche. En effet, jusquà présent aucune interférence, quil sagisse dune nouvelle séquence apprise juste après la première (Walker et coll. 2003a, Korman et coll. 2007) ou dune SMTr (nos données, Robertson et coll. 2005), na permis de supprimer complètement la trace mnésique dune tâche motrice séquentielle. Le participant ne revient jamais à létat « naïf », initial, et dans le pire des cas, son niveau de performance est superposable à celui de la fin de lentraînement. 5. Le cortex moteur primaire intervient dans les étapes très précoces (30 premières minutes) de la consolidation de la trace mnésique qui succède à la phase dacquisition. La SMTr appliquée au niveau de M1 controlatéral à la main entraînée réduit la performance du sujet uniquement si elle est appliquée immédiatement après lentraînement et non 4 et 24 heures plus tard. Labsence de détérioration de la performance à ces 2 derniers délais démontre quil sagit dun effet spécifique de la SMTr sur la trace mnésique et non simplement dune réduction de la vitesse de frappe liée à une inhibition relative de la région cérébrale responsable de lexécution du mouvement. De plus, labsence deffet de la SMTr lorsque celle-ci est appliquée au niveau du cortex occipital immédiatement après lentraînement prouve quil sagit dun effet spécifique de la SMTr au niveau de M1. 6. La SMTr à haute fréquence appliquée immédiatement après lentraînement a le même effet que la SMT à basse fréquence sur lévolution de la trace mnésique au cours des 48 premières heures. Elle réduit lamélioration observée 30 minutes après lentraînement sans modifier la performance 48 heures plus tard. Cet effet délétère précoce potentiel sur lapprentissage moteur doit être pris en compte lors des études utilisant la SMT à haute fréquence à visée thérapeutique et en particulier en réhabilitation motrice chez les sujets cérébrolésés dautant quil nexiste actuellement pas de recommandation de sécurité en ce qui concerne la SMTr à haute fréquence chez ces patients. Nous avons donc démontré lexistence dune phase précoce (5 à 30 minutes après lentraînement) et transitoire (absente 4 heures après lentraînement) au cours de laquelle la performance qui suit un entraînement unique saméliore (« early boost »). La détérioration partielle de cette amélioration transitoire de performance par la SMTr suggère quà cette phase, la trace mnésique est distribuée dans un réseau cérébral incluant M1. Par contre, labsence de détérioration ultérieure de la performance (48 heures) et labsence deffet de la SMTr à 4 heures et 24 heures suggèrent que la consolidation dune tâche motrice récemment apprise dépend de circuits cérébraux cortico-cérébelleux et cortico-striataux dans lesquels M1 ne jouerait pas un rôle critique (Robertson et coll. 2005, Doyon et Benali 2005, Peigneux et coll. 2006). Il est possible que dans les premières minutes qui suivent un apprentissage séquentiel, les réseaux neuronaux impliqués dans cet apprentissage soient activés de façon globale (Albouy et coll. 2006). Dans ces conditions, la participation de M1 ne serait pas spécifique de la séquence apprise. Les corrélats cérébraux de cette phase devraient être étudiés en utilisant limagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf, voir perspectives).

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

La douleur ainsi que l’apprentissage moteur sont deux éléments importants à considérer en contexte de réadaptation. Même s’ils sont souvent abordés de manière isolée, des interactions ont été identifiées entre ces deux phénomènes. En effet, de nombreuses études montrent que les exercices de réadaptation musculaire pourraient réduire le développement de douleur pathologique. D’autre part, il semble que l’activité nociceptive pourrait altérer la plasticité du système moteur, une composante essentielle dans l’apprentissage d’une tâche motrice. Des recherches récentes ont aussi montré que la douleur pouvait interférer avec la plasticité du système moteur, même après que les signaux de douleurs se soient dissipés. Toutefois, ces observations ont été faites chez l’animal à la suite d’une lésion de la moelle épinière. De ce fait, la compréhension de cette interaction entre le système nociceptif et la plasticité motrice est assez limitée. Dans ce mémoire, l’effet d’un épisode de douleur passé sur la capacité d’apprentissage d’une tâche motrice a été évalué, chez le rat intact. Pour ce faire, nous avons élaboré une tâche dans laquelle les rats devaient apprendre à se déplacer d’un côté à l’autre d’un couloir sur des barres métalliques dont l’espacement pouvait être modifié. L’injection de substances inflammatoires à différentes durées d’action a permis d’identifier l’impact d’un épisode de douleur récent sur la capacité d’apprentissage d’une tâche motrice. Nos résultats montrent que, tout comme chez l’animal ayant une lésion de la moelle épinière, la douleur peut interférer avec l’apprentissage d’une tâche motrice même lorsque le système nerveux est intact. De plus, il semble que les déficits d'apprentissage moteur puissent également être influencés par la durée de l'épisode douloureuse antérieure. / Pain and motor learning are two important elements in rehabilitation context. Despite being mostly studied independently, important interactions exist between them in the context of spinal cord injury. Indeed, many studies show that rehabilitation exercises could reduce the development of pathological pain. On the other hand, it seems that the nociceptive activity could alter motor system plasticity. Recent studies have also shown that pain can interfere with motor plasticity, even when the acute pain signals have dissipated. However, these observations have mostly been made in animals following a spinal cord injury. As a result, this interaction between the nociceptive system and motor plasticity is poorly understood. In this master’s thesis, the effect of a prior pain episode on the motor learning ability was evaluated in neurologically intact rats. To do this, we trained rodents to walk on a custommade horizontal ladder. After initial training, the rats underwent a week-long rest, during which they were randomly assigned to a control group, or one out of two pain conditions. Nociceptive stimuli were then used to identify the impact of a prior pain episode on the motor learning ability. Our results show that pain can interfere with motor learning even in neurologically intact animals. Motor learning deficits also appear to be influenced by the duration of the previous pain episode. Taken together, these results suggest that previous pain episodes may negatively influence motor learning, and that the amplitude and duration of the learning disability is proportional to the duration of the prior pain episode.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / **Introduction :** Le transport de charges durant la marche est essentiel voire obligatoire chez le personnel militaire. Pour des raisons opérationnelles, les militaires doivent effectivement marcher sur de longues distances en portant des charges pouvant aller jusqu'à 68 kg, ce qui représente environ 57 à 73% du poids corporel. Il a été démontré que le transport de charges peut affecter les paramètres biomécaniques, physiologiques ainsi que l'efficacité à la marche, ce qui augmente grandement les risques de blessures musculo-squelettiques. L'implémentation d'exosquelettes passifs chez l'humain, représente une nouvelle technologie d'assistance capable de diminuer l'impact du transport de charges lors de la marche et donc de possiblement réduire le risque de blessures. Cependant, il est actuellement difficile de tirer des conclusions sur les bénéfices des exosquelettes passifs durant la marche dû aux différentes méthodologies expérimentales. Les études sur ce sujet tentaient d'observer l'impact d'un exosquelette sans comprendre l'interaction avec l'utilisateur ou n'implémentaient pas de processus de familiarisation. Développer un processus de familiarisation avec les principes de l'apprentissage moteur durant l'évaluation d'un exosquelette permettrait de mieux évaluer les bénéfices physiologiques associés. **L'objectif général** de ce projet de doctorat est d'évaluer l'influence du port d'un exosquelette passif à court terme ainsi que l'influence d'un processus de familiarisation basé sur les principes de l'apprentissage moteur sur les performances motrices et physiologiques. Plus précisément, **l'exosquelette passif sera évalué** dans une condition laboratoire contrôlé et dans une condition semi-opérationnelle. Ces objectifs reposent sur les hypothèses que 1) la première exposition à l'exosquelette aura une influence négative sur les performances motrices et physiologiques et 2) le processus de familiarisation à l'exosquelette permettra un retour des performances motrices et physiologiques à un niveau de référence (c- à-d. sans exosquelette) ou à des bénéfices. **Méthodologie :** La phase II (étude 1 - chapitre 2) portait sur l'exploration des effets d'un exosquelette passif personnalisé sur des variables métaboliques. Trois soldats et leurs exosquelettes ont été recrutés pour marcher à huit différentes vitesses sur tapis roulant sous cinq conditions d'évaluations (1) Sans exosquelette, (2) Première exposition à l'exosquelette, (3) Exosquelette après familiarisation, (4) Sans exosquelette / suivi trois mois, (5) Exosquelette / suivi trois mois. Durant la phase III, l'exosquelette personnalisé évoluera vers un modèle ajustable afin de recruter 13 participants. Le protocole de l'étude 1 sera amélioré selon les commentaires des participants de la phase II (étude 2 - chapitre 3) en plus d'intégrer le test du six minutes de marche (étude 3 - chapitre 4) afin d'observer la performance motrice. En plus de mesurer le changement métabolique, de l'électromyographie de surface sera ajouté afin d'explorer l'effet de l'exosquelette sur l'activité musculaire. **Résultats :** Les résultats de l'étude 1 ont permis de valider l'importance d'une méthodologie robuste de marche sur tapis roulant afin d'évaluer l'impact d'un exosquelette passif personnalisé sur le coût métabolique à la locomotion dans des conditions de laboratoire contrôlées. Cette étude a abouti à une réduction du coût métabolique à la locomotion d'environ 15% comparativement à la condition sans exosquelette. Durant l'étude 2, le protocole expérimental de l'étude 1 a été reprit et appliqué à un groupe plus important de participants, cette fois équipés d'un exosquelette passif ajustable. Dans cette étude, il y a eu une augmentation de 15% du coût métabolique à la locomotion ainsi qu'une augmentation significative de l'activation musculaire. L'intégration de l'électromyographie de surface a permis de mieux comprendre certains mécanismes physiologiques associés au port de l'exosquelette. Enfin, l'étude 3 a permis de mesurer la performance motrice et de comprendre les mécanismes physiologiques sous-jacents de l'exosquelette passif ajustable lors d'un test fonctionnel, où le participant décide lui-même de sa vitesse de marche. Les résultats ont révélé une diminution de la performance motrice d'environ 13% lors de l'ajout de charge ainsi que lors du port de l'exosquelette passif ainsi qu'une augmentation de l'activité musculaire du vaste médial de 18%. Toutefois, il est à noter que la familiarisation a eu permis de d'augmenter légèrement la performance de marche et en réduisant simultanément le coût métabolique à la locomotion. **Conclusions :** Les résultats suggèrent l'importance d'introduire une période de familiarisation lors de l'acquisition d'un exosquelette passif afin de réduire l'augmentation initiale du coût métabolique à la locomotion et de l'activité musculaire. La familiarisation peut aussi avoir une influence sur la performance motrice. Il est donc important de s'assurer que le processus de familiarisation soit adapté à la population utilisant l'appareil car il semble y avoir un effet d'apprentissage. / **Introduction:** Load carriage during walking is essential and even mandatory for military personnel. For operational reasons, military personnel often have to cover long distances while carrying loads weighing up to 68 kg, which represents approximately 57 to 73% of their body weight. It has been demonstrated that load carriage can affect biomechanical and physiological parameters, as well as walking efficiency, significantly increasing the risk of musculoskeletal injuries. The implementation of passive exoskeletons in humans represents a novel assistive technology capable of reducing the impact of load carriage during walking and potentially decreasing the risk of injuries. However, drawing conclusions about the benefits of passive exoskeletons during walking is currently challenging due to various experimental methodologies. Studies on this topic often aimed to observe the impact of an exoskeleton without understanding the user interaction or did not implement a familiarization process. Developing a familiarization process with motor learning principles during exoskeleton evaluation could better assess associated physiological benefits. The **main objective** of this thesis is to evaluate the short-term influence of wearing a passive exoskeleton and the influence of a familiarization process based on motor learning principles on motor and physiological performance. Specifically, the passive exoskeleton will be assessed in a controlled laboratory condition and in a semi-operational condition. These objectives are based on the hypotheses that 1) the initial exposure to the exoskeleton will have a negative impact on motor and physiological performance, and 2) the familiarization process with the exoskeleton will either return motor and physiological performance to a baseline level (i.e., without the exoskeleton) or result in benefits. **Methods:** In Phase II (Study 1 - Chapter 2), the exploration of the effects of a personalized passive exoskeleton on metabolic variables was conducted. Three soldiers and their exoskeletons were recruited to walk at eight different speeds on a treadmill under five evaluation conditions: (1) Without the exoskeleton, (2) First exposure to the exoskeleton, (3) Exoskeleton after familiarization, (4) Without exoskeleton / three-month follow-up, (5) Exoskeleton / three-month follow-up. In Phase III, the personalized exoskeleton will evolve into an adjustable model to recruit 13 participants. The Study 1 protocol will be improved based on feedback from Phase II participants (Study 2 - Chapter 3) and will integrate the six-minute walk test (Study 3 - Chapter 4) to observe motor performance. In addition to measuring metabolic changes, surface electromyography will be added to explore the effect of the exoskeleton on muscle activity. **Results:** The results of study 1 validated the importance of a robust treadmill walking methodology to assess the impact of a personalized passive exoskeleton on the metabolic cost of locomotion in controlled laboratory conditions. This study resulted in a approximately 15% reduction in the metabolic cost of locomotion compared to the condition without the exoskeleton. During Study 2, the experimental protocol of Study 1 was repeated and applied to a larger group of participants, this time equipped with an adjustable passive exoskeleton. In this study, there was a 15% increase in the metabolic cost of locomotion and a significant increase in muscle activation. The integration of surface electromyography helped better understand some physiological mechanisms associated with wearing the exoskeleton. Finally, Study 3 measured motor performance and understood the underlying physiological mechanisms of the adjustable passive exoskeleton during a functional test, where the participant decides their walking speed. The results revealed a decrease in motor performance of approximately 13% when adding load and when wearing the passive exoskeleton, along with an 18% increase in the activity of the vastus medialis. However, it is noteworthy that familiarization slightly increased walking performance while simultaneously reducing the metabolic cost of locomotion. Finally, study 3 measured motor performance and understanding the underlying physiological mechanisms of the adjustable passive exoskeleton during a "semi-operational" functional test, where the participant decides their own walking speed. The results showed a decrease in walking performance with the addition of load and when wearing the passive exoskeleton. However, it is noteworthy that familiarization had a beneficial effect by slightly improving walking performance and simultaneously reducing the metabolic cost of walking. **Conclusions:** The results suggest the importance of introducing a familiarization process when acquiring a passive exoskeleton to reduce the initial increase in the metabolic cost of walking and muscle activity. Familiarization can also influence motor performance. Therefore, it is important to ensure that the familiarization process is adapted to the population using the device, as there seems to be a learning effect.

La question principale de cette thèse est la pertinence de l’utilisation d’humains virtuel pour l’enseignement de geste moteur. Une première étude explore la question de la faisabilité d’un apprentissage par l’imitation d’un humain virtuel. Pour ce faire, l’amélioration de performance de trois gestes de karaté par trois groupes s’entraînant dans différents environnements est évaluée. Une classe traditionnel de karaté, un enseignement par vidéo et un enseignement en réalitévirtuel sont comparé. Une seconde étude évalue l’influence d’une représentation de soi dans l’environnement virtuel sur la réalisation de la tâche d’apprentissage. Les participants à cette étude ont un retour visuel de leur action sous la forme d’un avatar cylindrique représenté dans un miroir de l’environnement virtuel. L’influence de cet avatar sur la tâche d’apprentissage est évalué de deux façon : 1) par l’évaluation externe de la performance 2) par le biais d’entretiens d’explicitation qui permettentd’obtenir le point de vue du participant. Ces deux études sont complétées par une troisième étude qui évalue un outil d’évaluation automatique de la performance. Cet outil est conçue dans le but d’éliminer les biais créés par un évaluateur humain. Un tel outil est nécessaire afin de pouvoir comparer les quatre environnements d’apprentissage présentés dans cette thèse ainsi que ceux qui seront créé dans le futur. En effet, seul un évaluateur automatique peut être parfaitement consistent sur toute la durée des études.En conclusion, ces études ont permit d’établir que l’apprentissage par l’imitation d’un humain virtuel est possible. En conséquence, l’utilisation d’humains virtuels pour l’enseignement de gestes moteurs est pertinente. Ces environnements peuvent être utiles à plusieurs fins. Ils peuvent servir d’environnements contrôles pour l’étude de l’apprentissage par imitation. Le protocole développé dans cette étude peut être utilisé dans une boucle itérative pour le développementde version subséquentes d’environnements virtuel ou d’accélérateurs d’entraînement virtuel. Ce protocole peut également être utilisé pour le développement de jeux vidéos actifs plus efficaces pour combattre la sédentarité et la crise mondiale d’obésité qui y est rattachée / The main question of that thesis is on the relevance of using virtual humans to teach complex motor skills. The first study explores the question of the feasibility of learning by imitation of a virtual human by comparing the improvement of the performance on three karate gestures for three groups, namely a traditional class, a video-based group and a virtual reality group. The second study investigates the influence on the learning task of having a self representation in the virtual environment. The participants have a feedback of their movements represented on a mirrored cylindrical gray avatar. The impact of that avatar on the learning task of the participants is assessed by two means. Performance evaluations are performed and give an external perspective on the learning. Evocation interview are also performed to get an insight of the learning task from the participants point of view. Finally, these two studies are completed by a third one investigating the possibility to have an automatic performance evaluator in order to reduce grading discrepancies generated by humans graders. Such a tool would be required to have an objective performance evaluation of all the participants in order to compare the four learning environments presented in that thesis and eventual further iteration of these environments. The conclusion our the studies presented in that thesis are that learning motor skills from the imitation of a virtual human is possible. Consequently, virtual learning environments for motorskills teaching are relevant. Furthermore, these environments can be used in various types of applications. They can be used as a study tool for standard and controlled investigation of teaching by demonstration. They can also be used in an engineering loop for the development of further learning environments and training accelerators. They also have a potential usage in the development of exergames in response to the international obesity crisis