L’hypothèse des voies visuelles attribue des rôles fonctionnels spécifiques aux réseaux cérébraux ventral et dorsal du système visuel. Ce modèle émet l’hypothèse selon laquelle la voie ventrale sous-tend le traitement de l'information pour la perception (vision-for-perception), alors que la voie dorsale est impliquée dans le traitement de l'information pour l'action (vision-for-action). L'idée de deux réseaux visuels distincts dans le cerveau humain a fait l’objet de très nombreux travaux de recherche au cours des 20 dernières années, mais les résultats apparaissent contradictoires. Cette thèse vise à éclaircir une partie du mystère de la façon dont la perception et l'action s’articulent. La figure d’Ebbinghaus a été utilisée pour distinguer la fonction d’une vision pour la perception, sensible aux illusions visuelles (taille relative), de la fonction d’une vision pour l’action affectée par les propriétés physiques de l’objet. Dans une première étude, nous avons quantifié l’illusion d’Ebbinghaus. Après, une démarche comparable de caractérisation des mouvements visuomoteurs a été implémentée sous des contraintes de précision et de vitesse. La caractérisation des mouvements visuomoteurs et la quantification de la perception des configurations Ebbinghaus ont ensuite permis de concevoir une tâche visuomotrice dont les cibles étaient des figures d’Ebbinghaus.La thèse a démontré que les voies ventrale et dorsale ne sont pas strictement distinctes fonctionnellement. Différentes variables informationnelles sont potentiellement utilisées pour ‘la vision pour la perception’ et ‘la vision pour l’action’ indépendamment du fait que certaines variables causent des illusions. / The influential two-visual streams hypothesis ascribes specific functional roles to the ventral and the dorsal network of the visual system. The ventral system has been hypothesized to process information for conscious perception (vision-for-perception), whereas the dorsal stream processes information for action (vision-for-action). The idea of two separate visual networks in the human brain inspired an enormous amount of research over the past 20 or so years. The results are conflicting and divisive about the idea, causing a seemingly insurmountable gap between supporters and opponents. This thesis aims to unravel a part of the jigsaw puzzle of how perception and action are functioning. The Ebbinghaus figure has been used to distinguish vision-for-perception that is susceptible to visual illusions (i.e., relative size) from vision-for-action that remain unaffected by perceptions of relative sizes. Therefore, we quantified the Ebbinghaus figure based on its geometry and systematically assessed its size illusion. Subsequently, a visuomotor task was implemented in which precision and speed of the voluntary movement were investigated. The description of the visuomotor task and of the perception of Ebbinghaus figures lead to combine both visuomotor task and Ebbinghaus figures. A dynamical model was fit to the experimental data to investigate the effect on the behavioral dynamics.This thesis demonstrated that the ventral stream and dorsal stream are not strictly functionally distinct, and that potentially different informational variables are used for ‘vision for perception’ and ‘vision for action’ irrespective of whether certain variables cause (perceptual) illusions.

Planifier, exécuter un mouvement fait appel à des représentations mentales de l'action. Ces dernières ont été formalisées par les sciences computationnelles sous le terme de modèles internes du contrôle moteur. Outre l'environnement, les informations concernant la posture, les dimensions de l'effecteur sont également cruciales et doivent être mises à jour fréquemment. Etonnamment, les modèles actuels de l‘action n'attribuent pas aux représentations du corps un rôle majeur. La mise à jour de ces représentations de l'action et du corps doit intervenir dès l'enfance, néanmoins leur développement reste méconnu. En premier lieu, je me suis attachée au développement des représentations de l'action chez les enfants de 5 à 10 ans, au développement typique d'une part et lors de Troubles des Acquisitions et de la Coordination (TAC) d'autre part. A travers la cinématique, j'ai cherché à comprendre comment les enfants développent leur capacité à anticiper et adapter leurs mouvements. Dans un deuxième temps, l'utilisation d'un outil qui allonge fonctionnellement le bras m'a permis d'examiner les inputs sensoriels (vision, proprioception) nécessaires à la plasticité des représentations du corps chez l'adulte. Enfin, j'ai interrogé ces mécanismes de plasticité des représentations de l'effecteur au cours de la croissance de l'individu alors que les dimensions corporelles changent progressivement. Dans ce but, j'ai étudié la plasticité induite par l'outil chez des enfants et adolescents au développement typique. Finalement, je discuterai des liens entre représentations du corps et contrôle moteur, deux notions indispensables à la cognition motrice / To prepare and perform movements efficiently, accurate action representations are necessary, formalized by computational science as “internal models”. Actions representations do not require exclusively the representation of object properties, information about the body and particularly the effector such as its posture and dimension are also crucial. Thus, effector representations need to be updated to account for postural changes, yet, they do not play a prominent role in the actual models of motor control. In addition, updates settings of both action and body representation are presumably established ontogenetically, but little is known on their developmental path. First, I investigated the maturation of action representation in children from 5 to 10 years of age, as well as the potential differences in children with Developmental Coordination Disorder (DCD). Through kinematics analyses, I sought to understand how children develop their ability to control their movements. Second, using a tool functionally extending arm length, I questioned the sensory inputs for body representation plasticity in adults, such as proprioception and vision. Third, I probed rapid body representations plasticity during the slowly changing dimensions of the body during growth. To this aim I investigated in typically developing children and adolescents tool-induced plasticity of the upper-limb representation. Finally, I discuss the relationship between body representations and motor control in adults and children, as despite being both related they have often times walked parallel ways

L'objectif de mon travail a été d'étudier les bases génétiques de deux maladies du mouvement, les mouvements miroirs congénitaux (CMM) et les dyskinésies paroxystiques kinésigéniques (PKD). Nous avons tout d'abord mis en évidence le deuxième gène impliqué dans les CMM, RAD51, et commencé à explorer quelques hypothèses physiopathologiques. Nous avons ensuite recueilli les ADN de 26 cas index de CMM isolés, et montré que près de 50% d'entre eux avaient un variant possiblement pathogène dans RAD51 ou dans le premier gène de CMM décrit, DCC. Nous avons ensuite écarté l'implication d'un troisième gène possiblement causal, DNAL4, dans 17 cas index. Enfin, nous avons collaboré avec une équipe néo-zélandaise et mis en évidence par séquençage de l'exome un nouveau gène, NTN1, codant pour le ligand de DCC, dans deux familles et un cas sporadique. En ce qui concerne les PKD, nous avons analysé le premier gène impliqué dans cette pathologie, PRRT2, dans une cohorte de 42 cas index. Nous avons ainsi montré que PRRT2 est un gène majeur de PKD dans la population européenne, impliqué dans 65% des cas typiques. Nous avons ensuite contribué à mettre en évidence l'implication de PRRT2 dans la migraine hémiplégique, et effectué une revue de la littérature montrant que les mutations de PRRT2 peuvent être responsables de phénotypes multiples de mouvements anormaux paroxystiques. Nous avons ensuite réalisé un séquençage d'exomes chez une famille et 10 trios, malheureusement sans résultat probant. Enfin, chez deux patients avec PKD atypiques, nous avons mis en évidence des mutations du gène ADCY5, récemment impliqué dans des formes complexes de dyskinésies paroxystiques. / The objective of my work was to study the genetic bases of two movement disorders, congenital mirror movements (CMM) and paroxysmal kinesigenic dyskinesia (PKD). First we uncovered the second gene implicated in CMM, RAD51, and started to explore pathophysiological hypotheses. Then we collected DNA of 26 index cases of isolated CMM, and showed that almost 50% of them had a possibly pathogenic variant in RAD51 or in the first described gene of CMM, DCC. We subsequently ruled out the implication of a possible third gene, DNAL4, in 17 cases. Finally, we collaborated with a team from New Zealand to implicate a novel gene, NTN1, coding for the ligand of DCC, in two families and one sporadic case. Concerning PKD, we analyzed the first causative gene described, PRRT2, in a cohort of 42 index cases. We showed that PRRT2 is a major gene of PKD in the European population, involved in 65% of typical cases. We then contributed to show the implication of PRRT2 mutations in hemiplegic migraine, and conducted a review of the literature concluding that PRRT2 mutations can induce multiple types of paroxysmal disorders. We sequenced the exomes of one family and 10 trios negative for PRRT2, but were unable to uncover another causative gene. Finally, in two patients with atypical PKD, we found mutations in ADCY5, a gene recently implicated in complex forms of paroxysmal dyskinesia.

La langue des signes (LS) est encore une langue peu décrite, en particulier ce qui concerne le mouvement des articulateurs. La recherche sur la LS s’est concentrée sur la compréhension et la modélisation des propretés linguistiques. Peu d’études ont essayé de comprendre la cinématique et la dynamique du mouvement en lui-même et ce que cela apporte à compréhensibilité de la LS générée par des modèles. Cette thèse porte sur l’analyse du mouvement en Langue des Signes Française (LSF) tant des points de vue de sa production et de sa compréhension par les individus sourds.Mieux appréhender le mouvement en LS nécessite la création de nouvelles ressources pour la communauté scientifique étudiant les LSF. Dans cette perspective, nous avons créé et annoté un corpus de données de mouvements 3D de la partie supérieure du corps et du visage, à l'aide du système de capture de mouvement. Le traitement de ce corpus a permis de spécifier la cinématique du mouvement en LSF durant les signes et les transitions.La question posée dans la première partie de cette thèse était de quantifier dans quelle mesure certaines lois classiques connues en contrôle moteur restaient valides durant les mouvements de LS, afin de savoir si les connaissances acquises en contrôle moteur pouvaient être réutilisées en LS.Trouver quelles informations du mouvement sont cruciales pour la compréhension de la LS a constitué la deuxième partie de cette thèse. L’intérêt était de savoir quels aspects du mouvement des modèles de production de LS devraient reproduire en priorité. Dans cette démarche, nous avons étudié dans quelle mesure des individus sourds, signeurs ou non, parvenaient à comprendre la LS en fonction de la quantité d’informations qui leur est disponible. / Nowadays, Sign Language (SL) is still little described, particularly for what concerns the movement of articulators. Research on SL has focused on understanding and modeling linguistic properties. Few investigations have been carried out to understand the kinematics and dynamics of the movement itself and what it brings to understand the LS SL generated by models. This thesis deals with the analysis of movement in the French Sign Language LSF with a main focus on its production as well as its understanding by deaf people.Better understanding the movement in SL requires the creation of new resources for the scientific community studying SL. In this framework, we have created and annotated a corpus of 3D motion data from the upper body and face, using a motion capture system. The processing of this corpus made it possible to specify the kinematics of the movement in SL during the signs and the transitions.The first contribution of this thesis was to quantify to what extent certain classical laws, known in motor control, remained valid during the movements of SL, in order to know if the knowledge acquired in motor control could be exploited in SL.Finding relevant information of the movement that is crucial for understanding SL represented the second part of this thesis. We were basically interested to know which aspects of the movement of SL production models should be replicated as a priority. In this approach, we have examined to what extent deaf individuals, whether signers or not, were able to understand SL according to the amount of information available to them.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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

La capacité de coordonner efficacement nos yeux avec nos mains est déterminante pour le succès de nos actions quotidiennes. En outre la capacité de prédire les conséquences sensorielles de nos propres actions est cruciale pour nos habilités motrices. Dans ce travail, à l’aide d’une tâche dans laquelle les participants doivent suivre avec leurs yeux une cible visuelle bougée par leur main, nous nous intéressons aux mécanismes prédictifs sous-tendant la coordination œil-main. Dans une première étude utilisant un protocole d’adaptation à une rotation visuomotrice, nous montrons que ces mécanismes prédictifs peuvent être mis à jour indépendamment de notre capacité à effectuer des mouvements précis de la main. Dans l’étude suivante nous cherchons à déterminer l’effet de la préférence manuelle, et montrons que malgré des différences évidentes en termes de précision concernant le contrôle manuel, la capacité d’anticiper les conséquences visuelles de nos actions reste identique que la cible soit bougée par la main droite ou gauche. Enfin, grâce à la stimulation magnétique transcranienne, nous testons l'hypothèse selon laquelle ces mécanismes prédictifs utilisent des signaux efférents de la main issus du cortex moteur primaire (M1). Nos résultats montrent que si cette contribution existe, elle doit se faire nécessairement en amont de M1. Au bout du compte nous proposons que la coordination œil-main soit sous-tendue par des mécanismes prédictifs similaires pour nos deux mains, situés vraisemblablement en amont de M1, et pouvant être mis à jour indépendamment du contrôle de la main. / The ability to coordinate efficiently eye and hand actions is central for humans in everyday activities. Furthermore it is argued that the ability to predict the sensory consequences of self-initiated movements is crucial for skilled motor behavior. Here by means of a task in which participants were asked to track with the eyes a visual target that was moved by their hand, we investigated the predictive mechanisms underlying eye-hand coordination. In a first study, using a protocol in which participants had to adapt to rotated hand visual feedback, we show that these predictive mechanisms can be updated independently of the ability to perform accurate hand movements. In a follow up study we tested the effect of hand dominance, and showed that, despite obvious differences in the accuracy of hand movement control, the ability to predict visual consequences of right and left hand actions was similar. Finally, by means of transcranial magnetic stimulation, we tested the hypothesis that those predictive mechanisms rely on hand efferent signals from the primary motor cortex (M1). However our results failed to support this view, and instead suggest that if such a contribution exists, it must be upstream of M1. Overall, we propose that eye-hand coordination relies on similar predictive mechanisms for both hands, possibly located upstream of M1, which can be updated independently of hand movement control.

Parce que l’homme évolue dans un système en mouvement permanent, il a l’obligation de s’y adapter au mieux. Pour cela il dispose d’un ensemble de récepteurs lui permettant de s’adapter, de suivre et de prendre en compte l’évolution et la variation des différents éléments composant son environnement. La perception du monde traduit ainsi la capacité de l’individu à prendre conscience de la présence d’un évènement particulier à un moment donné. C’est dans ce contexte que se situe cette étude. En station droite érigée, l’ajout d’une modalité haptique permet-elle au sujet d’améliorer ses comportements posturaux ? Selon Matthews et Miles (1988) le sens haptique correspond au sens de la perception combinant les informations dynamiques issues à la fois des récepteurs cutanés, musculaires, articulaires et tendineux. De nombreux auteurs (Jeka et Lackner 1994, 1995 ; Jeka et coll., 1997, 1998 ; Lackner et coll., 1999 ; Rabin et coll., 1999, 2008) ont montré que les informations haptiques obtenues par un contact du bout du doigt avec une surface rigide inférieur à 1Newton, contact qui mécaniquement ne permet pas une augmentation de la base de sustentation, fournissent des informations essentielles au système nerveux central (SNC) lui permettant une diminution des oscillations posturales. Le but de ce travail est de comprendre et d’interpréter les effets d’un toucher léger du bout d’un doigt avec une surface rigide dans le maintien et le contrôle de la stabilité posturale d’un sujet en position droite érigée, au moyen d’outils stabilométriques classiques tels que l’amplitude, la surface, etc. Ainsi que les coordinations posturales mises en place au travers de l’analyse en composantes principales et des intercorrélations pour étudier les coordinations articulaires et l’analyse de la diffusion et de la récurrence du stabilogramme pour analyser le résultat net de ces coordinations (qualitatif et quantitatif). / Because human evolves in a system in permanent movement, he has the obligation to adapt itself to it at best. So, he has of a set of receptor allowing him to adapt itself, to follow and to take into account the evolution and the variation of the various elements composing his environment. The perception of the environment translates the capacity of the subject to become aware of the presence of a particular event at a given moment. It is in this context that is situated this study. According to Matthews and Miles (1988) the haptique sense corresponds to the perceptual sense combining the stemming dynamic information at the same time cutaneous, muscular, articular and tendinous receptors. Authors showed (Jeka et Lackner 1994, 1995 ; Jeka et coll., 1997, 1998 ; Lackner et coll., 1999 ; Rabin et coll., 1999, 2008) that the haptic information obtained by a fingertip contact with a rigid pad lower 1 Newton, a contact which mechanically does not allow an increase of the support base, provide essential information to the central nervous system (SNC) allowing him a decrease of the postural oscillations. The aim of this work is to understand and to interpret the effects of a light touch of the fingertip with a rigid pad in the preservation and the control of postural stability of a subject in upright posture, by means of stabilometrics classical tools such as the amplitude, the surface, etc. As well as the set up motor coordination through the analysis in main components and intercorrelations to study the articular coordination and the analysis of the diffusion and the recurrence of the stabilogramme to analyze the result of these coordinations (qualitative and quantitative).

Ce travail de thèse porte essentiellement sur le cervelet. Nous y suivons deux axes majeurs : en termes de fonctions cérébelleuses, nous nous intéressons à l’apprentissage et l’adaptation du contrôle moteur ; en termes de dysfonctions cérébelleuses, nous nous intéressons à la dyslexie développementale.Nous nous orientons vers l’apprentissage du contrôle moteur afin d’en proposer un modèle computationnel fonctionnel appliqué aux mouvements oculaires volontaires. Pour ce faire, la Logique Floue est un de nos outils précieux. Nous avons proposé deux modèles. Le premier, AFCMAC (Auto-adaptive Fuzzy Cerebellar Model Articulation Controller), le résultat de l’intégration de la Logique Floue dans l’architecture de CMAC (Cerebellar Model Articulation Controller), est pourvu d’améliorer la vitesse/durée d’apprentissage et le besoin en termes de mémoire par rapport à CMAC. Le second modèle est CMORG (fuzzy logiC based Modeling for Oculomotor contRol LearninG), dont sa structure est également basée sur la Logique Floue, et dans lequel, le réseau de neurones est utilisé comme la mémoire pour gérer les règles Floues. Les résultats des évaluations des modèles proposés (AFCMAC et CMORG) et étudiés (CMAC et FCMAC – Fuzzy Cerebellar Model Articulation Controller), via les données oculomotrices des groupes d’enfants dyslexiques et contrôles lors de la lecture, montrent que CMORG est le plus performant à la fois, en termes de vitesse/durée d’apprentissage et également, de consommation de mémoire. Un autre avantage principal de CMORG par rapport aux autres modèles, est son interprétabilité par les experts.Concernant la dyslexie développementale, nous avons mené une étude expérimentale sur les déficits du contrôle moteur binoculaire lors des saccades des six enfants dyslexiques pendant les deux tâches différentes (la lecture d’un texte et la visualisation des chaînes de caractères) et dans les deux distances de vision (40 cm et 100 cm). Nous corroborons et adhérons à l’idée que la (mauvaise) qualité de la coordination binoculaire des saccades chez les enfants dyslexiques est indépendante des difficultés en lecture, associée peut-être aux hypothèses du déficit du magnosystème et du dysfonctionnement cérébelleux. / This thesis focuses on the cerebellum. We follow two main lines: in terms of cerebellar functions, we are interested in learning and adaptation motor control ; in terms of cerebellar dysfunctions, we are interested in developmental dyslexia.We focus on learning motor control in order to provide a functional computational model applied to voluntary eye movements. To this end, Fuzzy Logic is one of our valuable tools. We proposed two models. The former is AFCMAC (Auto-adaptive Fuzzy Cerebellar Model Articulation Controller), the result of the integration of Fuzzy Logic in CMAC (Cerebellar Model Articulation Controller) architecture, in order to improve learning speed/time and memory requirements compared to the CMAC. The latter is CMORG (fuzzy logiC based Modeling for Oculomotor contRol LearninG), whose structure is also based on Fuzzy Logic, and in which, the neural network is used as the memory to handle Fuzzy rules. The evaluation results of the proposed (AFCMAC and CMORG) and studied (CMAC and FCMAC – Fuzzy Cerebellar Model Articulation Controller) models via oculomotor data of dyslexic and control groups while reading show that CMORG is the most efficient both in terms of learning speed/time and also memory consumption. Another main advantage of CMORG over the other models is its interpretability by experts. Regarding the developmental dyslexia, we conducted an experimental study on binocular motor control deficits during saccades in six dyslexic children while two different tasks (text reading and character string scanning) and in two viewing distances (40 cm and 100 cm). We corroborate and adhere to the idea that the (bad) quality of binocular coordination of saccades in dyslexic children is independent of reading difficulties, maybe associated with magnosystem and cerebellar deficit hypothesis.

Le contrôle des moteurs à allumage commandé est devenu capital pour satisfaire la législation sur les émissions polluantes tout en garantissant un bon agrément de conduite et une consommation réduite. <br /><br />Le downsizing, c'est-à-dire la réduction de la cylindrée du moteur, est une des voies prometteuses pour réduire la consommation de carburant et les émissions de CO2 qui en découlent. Combinant plusieurs technologies existantes telles que la turbocompression et la distribution variable, le downsizing est un exemple typique des problèmes rencontrés dans le contrôle des motorisations : systèmes non linéaires avec saturations d'actionneurs ; nombreuses grandeurs physiques importantes non mesurables ; temps de calcul limité ; objectifs du contrôle (consommation, pollution, performance) souvent concurrents.<br /><br />Une démarche de modélisation et de contrôle à base de modèle (par modèle interne et prédictif) pour ces systèmes est alors proposée et appliquée au contrôle de la chaîne d'air du moteur à essence à cylindrée réduite. Des estimateurs, physiques et génériques, sont construits pour la masse d'air dans le cylindre, la masse de gaz brûlés résiduels et la masse d'air balayé de l'admission vers l'échappement. L'architecture complète et générique du contrôle en couple pour le moteur à allumage commandé turbocompressé à déphaseurs d'arbre à cames a été testée en simulation puis expérimentalement (sur moteur et véhicule).<br />Ces essais ont alors montré que de nouvelles possibilités étaient offertes pour diminuer les émissions polluantes et optimiser le rendement du moteur.