Ce travail de thèse étudie la production de la parole à l'âge de 4 ans, en comparaison avec l'adulte, sous l'angle du contrôle moteur. Un intérêt particulier a été porté à deux indices : la variabilité liée à la répétition de voyelles isolées et la coarticulation anticipatoire intra et extra-syllabique dans le cadre de la production de séquences de type V1-C-V2. Des données acoustiques et articulatoires ont été enregistrées via l'échographie linguale et le dispositif HOCUS. Les données acoustiques ont été analysées pour 20 enfants et 10 adultes et les données articulatoires ont été analysées pour 6 de ces enfants et 2 de ces adultes. En accord avec de nombreuses études de la littérature, la variabilité liée à la répétition est plus importante chez les enfants que chez les adultes. Une forte anticipation de V2 dans la réalisation de V1 a été observée pour tous les adultes. Chez les enfants, cette anticipation n'est pas systématique, et lorsqu'elle est observée, elle est d'amplitude plus faible que chez les adultes. Ainsi, seulement 5 enfants parmi les 20 étudiés montrent des signes d'anticipation, majoritairement dans la dimension antéropostérieure, manifestée dans l'espace acoustique par la dimension F2. La coarticulation anticipatoire intra-syllabique semble également être d'amplitude plus faible chez les enfants. Enfin, les gestes de parole des enfants sont plus lents que ceux des adultes. Dans leur ensemble, ces résultats sont interprétés comme la preuve de l'immaturité du système moteur pour la production de la parole chez l'enfant, selon deux perspectives : des patrons moteurs insuffisamment stables pour la production de gestes vocaliques et un manque d'efficacité dans l'anticipation les gestes futurs lors de la production d'une séquence de sons de parole. Selon une perspective empruntée aux théories du contrôle moteur optimal, nous proposons que la coarticulation anticipatoire repose sur l'usage de modèles internes, représentations sensori-motrices du système moteur de la parole dans le système nerveux central, et que son amplitude reflète la maturation progressive de ces représentations sensori-motrices à mesure que la production de la parole se développe. / This thesis work investigates speech production in 4-year-old children, in comparison with adults, from a speech motor control perspective. It focuses on two indices: measures of token-to-token variability in the production of isolated vowels and on anticipatory intra and extra-syllabic coarticulation within V1-C-V2 sequences. Acoustic and articulatory data were recorded thanks to ultrasound tongue imaging within the HOCUS system. Acoustic data from 20 children and 10 adults have been analyzed. Ultrasound data have been analyzed from a subset of these participants: 6 children and 2 adults. In agreement with former studies, token-to-token variability was greater in children than in adults. Strong anticipation of V2 in V1 realization was found in all adults. In children, anticipation was not systematic, and when observed, it was of smaller amplitude than in adults. In more details, only 5 children among the 20 studied showed a small amount of anticipation, mainly along the antero-posterior dimension, manifested in the acoustic F2 dimension. Anticipatory intra-syllabic coarticulation also seems to be of smaller amplitude in children than in adults. Last, children's speech gestures are slower than those of adults. These results are interpreted as evidence for the immaturity of children's speech motor control from two perspectives: insufficiently stable motor control patterns for vowel production, and a lack of effectiveness in anticipating forthcoming gestures. In line with theories of optimal motor control, we assume that anticipatory coarticulation is based on the use of internal models, i.e. sensori-motor representations of the speech production apparatus in the central nervous system, and that the amplitude of anticipatory coarticulation reflects the increasing maturation of these sensori-motor representations as speech develops.

Avec le projet nommé " Dynalyser ", la société MEDICAPTEURS (France, Balma) et le laboratoire PRISSMH EA4561 (Université Paul Sabatier, Toulouse III) ont obtenu un financement du Conseil Régional Midi-Pyrénées (AO AGILE-IT 2012) pour mettre au point un nouveau système embarqué de mesure des pressions plantaires. Composé d'un système communiquant sans fil avec 9 capteurs isolés par pied il permet, à partir d'un smartphone, de retourner sous la forme consciente d'une mélodie sonore (3 sons) les informations de pressions plantaires. L'objectif de ce système est d'informer en temps réel (détection de zones d'hyperpression ou au con-traire, d'une absence de pression) et de conforter ou suppléer les moyens de détection naturelle pour un contrôle de l'appui plantaire dans des activités cliniques ou sportives. Dans un premier temps, une étude a permis de développer et de valider une méthode de placement des capteurs isolés à partir de la résultante des forces enre-gistrées par chaque capteur comparée à la force externe mesurée par une plateforme de forces. Les résultats ont mis en évidence des corrélations élevées entre les données de la plateforme de forces (centre des pressions et force verticale de réaction (Fz)) et celles du Dynalyser (barycentre des pressions et Fz), confirmant la pertinence et la nécessité d'un tel placement pour une analyse de certains paramètres biomécanique de la marche aussi pré-cise que celle permise par des systèmes éprouvés d'analyse du mouvement. Dans un second temps, le dévelop-pement de la partie logicielle permettant un retour sonore a été réalisé. Une étude vérifiant la faisabilité d'une modulation de l'appui plantaire grâce au biofeedback (BFB) a été menée sur une population saine. Reprenant le principe d'un retour en " Do majeur " (FB_Gruss) validé pour son intelligibilité, les résultats révèlent une diffi-culté des participants à s'approprier rapidement le FB_Gruss lors de la marche. Ces observations mettent en évi-dence la difficulté à traiter plusieurs informations dans un laps de temps très bref (le contact pied-sol). Par ail-leurs, une variabilité naturelle importante est observée sous certaines zones (partie latérale et surtout médiale de l'avant-pied). Elle est quelque fois supérieure à la marge de tolérance mise en place pour déclencher les sons et perturbe la quantification des appuis réussis. Les résultats obtenus sont prometteurs car ils révèlent, de plus, l'absence d'effet délétère du BFB sur la répartition des pressions plantaires ipsi et controlatérale. Dans un troi-sième temps, un modèle de prédiction des pics de pressions plantaires en fonction des paramètres spatio-temporels adimensionnels (Nombre de Froude, de Strouhal et de Modela-w) a été développé. Le but est d'obtenir un système autonome, capable de moduler une mélodie en comparant les valeurs de pics de pressions obtenues en temps réel à celles du modèle de référence. Les premiers résultats révèlent une prédiction élevée des pressions sous les zones qui servent au BFB (R² > 0.95). Ce modèle devra être validé pour être incorporé au logiciel afin d'obtenir un dispositif totalement autonome permettant d'informer en temps réel de la distribution des pressions plantaires dans un contexte clinique ou sportif. / With the project named " Dynalyser ", the MEDICAPTEURS Company (France, Balma) and the PRISSMH EA4561 laboratory (Paul Sabatier University, Toulouse III) have obtained a funding by the Midi-Pyrenees Regional Council (AO AGILE-IT 2012) to develop a new plantar pressure embedded biofeedback sys-tem. Consisting of a wireless communicating system with nine isolated sensors per foot, it aims to deliver infor-mation about plantar pressures in the conscious of a sound melody (3 sounds), by means of a smartphone. The system's aim is to reinforce or supplement the intrinsic (i.e., natural) plantar pressure feedback by informing in real time (detection of hyperpressure area or, on the contrary, absence of pressure) in order to improve the con-trol of walking in clinical or sporting activities. First, a study allowed to develop and validate a method to locate isolated sensors by means of a force platform. Results revealed high correlations between the force platform data (center of pressure and vertical ground reaction force (vGRF)) and the Dynalyser data (barycenter of pressure and vGRF), confirming the relevance and necessity of such method for an analysis as precise as motion analysis systems of certain biomechanical parameters of walking. Second, the development of the auditory biofeedback (BFB) system was realized. A study verifying the feasibility of a modulation of plantar support using BFB was conducting on a healthy population. Following the principle of a "C-major" return (FB_Gruss) validated for its intelligibility, the results revealed a difficulty for the participants to appropriate quickly the FB_Gruss during walking. These observations, highlight the difficulty of processing several information in a very short period of time (the foot-to-ground contact). On the other hand, a significant natural variability is observed under two areas (lateral and especially medial part of the forefoot). It is sometimes superior to the tolerance range set up to trigger sounds and disrupts the quantification of successful supports. The results obtained are promising because they also reveal the absence of deleterious effect of the BFB on the distribution of ipsi and contralateral plantar pres-sures. Third, a model of prediction of plantar pressure peaks as a function of the dimensionless spatio-temporal parameters (Froude number, Strouhal and Modela-w) was developed. The aim is to obtain an autonomous system capable of modulating a melody by comparing the peak pressure values obtained in real time with those of the reference model. The first results reveal a high prediction of the pressures under the three areas that serve the BFB (R² > 0.95). This model must be validated to be incorporated into the software in order to obtain a totally autonomous device allowing to inform in real time the distribution of the plantar pressures in a clinical or sports context.

No description available.

Depuis la création des moteurs à combustion interne, les recherches sur les moteurs essence et diesel se sont développées indépendamment. Afin de réduire les temps et les coûts de développement d’un moteur, une approche unifiée de conception serait intéressante. Dans ce cadre, le contrôle et la mise au point des moteurs à combustion interne pourrait être elle aussi unifiée. Bien évidemment, ce contrôle doit être stable, robuste vis-à-vis des disparités de fabrication, comme de fonctionnement. Cette thèse porte alors sur une démarche unifiée, pour les moteurs essence comme pour les moteurs diesel, afin d’obtenir un contrôle robuste de la chaîne d’air du moteur. La chaîne d’air du moteur contient les éléments permettant de contrôler la quantité et les proportions d’air et de gaz neutres dans le cylindre (Recirculation des gaz d’échappement, papillon d’admission, turbocompresseur). Cette démarche unifiée de commande, permettant de contrôler les systèmes monovariables, tout comme multivariables non carrés (nombre d’entrées différent du nombre de sorties), contient plusieurs étapes : identification d’un modèle du système, analyse du système permettant d’en déduire une structure de contrôle, synthèse d’un contrôleur autour d’un nominal, vérification de la robustesse en stabilité, tests du contrôle. Le couplage des entrées vers les sorties, les non linéarités sont pris en compte lors de la synthèse du contrôleur. Cette méthode de conception a été validée sur plusieurs applications dont un moteur essence et un moteur diesel. Des résultats expérimentaux sur un banc moteur diesel haute dynamique ont montrés que la commande multivariable permettait de réduire les émissions d’oxydes d’azote. / Since the creation of internal combustion engines, research on gasoline and diesel engines were developed independently. To reduce the time and cost of developing an engine, a unified design approach would be interesting. In this context, control and development of internal combustion engines could also be unified. Obviously, this control must be stable, robust with respect to manufacturing disparities and operating points. This thesis then focuses on a unified approach for gasoline engines as well as diesel engines, to achieve a robust of the air path. The engine air path contains the information needed to control the amount and proportions of air and neutral gases in the cylinder (exhaust gas recirculation, throttle valve, turbocharger). This unified approach to control monovariable systems, as well as non-square multivariable systems (number of inputs different from the number of outputs), consists of several steps: identification of a model of the system, system analysis to deduce a control structure, synthesis of a controller around a nominal model, check robust stability, control tests. The coupling inputs to outputs and nonlinearities are taken into account during the synthesis of the controller. This design method has been validated in several applications including a gasoline engine and a diesel engine. Experimental results on a diesel engine high dynamics test bench have shown that the multivariable control results in lower emissions of nitrogen oxides.

Le cervelet joue un rôle fondamental dans la coordination, l'ajustement, la planification et l'automatisation des mouvements, dans la modulation des réflexes ou encore dans certaines fonctions cognitives. Pour ce faire, il va collecter des informations motrices et sensorielles provenant aussi bien du cortex cérébral que du reste du corps. Ces informations sont relayées vers le cortex et les noyaux cérébelleux via les fibres grimpantes et les fibres moussues. Les fibres grimpantes, projetant depuis l'olive inférieure, convoient des signaux sensori-moteurs impliqués dans certains apprentissages et dans la régulation temporelle des activités cérébelleuses. Ces processus jouent un rôle modulateur de la décharge et des plasticités des cellules de Purkinje. Ces dernières ciblent les noyaux cérébelleux qui représentent l'unique sortie du cervelet. Les efférences de ces noyaux cérébelleux incluent une projection GABAergique dirigée sur l'olive inférieure. Ainsi, les connexions entre l'olive inférieure et le cervelet constituent potentiellement une boucle fermé olivo-cortico-nucléaire. Nos études se basent sur les enregistrements électrophysiologiques in vitro et in vivo de ces trois structures effectués sur un modèle de souris génétiquement modifiées qui permet un contrôle spécifique de la décharge des cellules de Purkinje par l'utilisation de l'optogénétique. La stimulation lumineuse du cortex cérébelleux de ces souris transgéniques active les cellules de Purkinje ainsi que la boucle olivo-cortico-nucléaire sur un délai total d'environ 100 ms. Ces résultats démontrent pour la première fois que les cellules de Purkinje contrôlent de manière phasique leurs afférences olivaires et que ce processus pourrait participer à la régulation des apprentissages moteurs cérébelleux. / The cerebellum plays a fundamental role in coordination, adjustment, planning and automation of movements, in the modulation of reflexes and in some cognitive functions. To do this, it will collect motor and sensory information from both the cerebral cortex and the rest of the body. These information are relayed to the cortex and cerebellar nuclei via climbing fibers and mossy fibers. Climbing fibers, the projections from the inferior olive to the cerebellar cortex, carry sensorimotor error and clock signals that trigger motor learning by controlling cerebellar Purkinje cell synaptic plasticity and discharge. Purkinje cells target the deep cerebellar nuclei, which are the output of the cerebellum and include an inhibitory GABAergic projection to the inferior olive. This pathway identifies a potential closed loop in the olivo-cortico-nuclear network. Therefore, sets of Purkinje cells may phasically control their own climbing fiber afferents. Here, using in vitro and in vivo recordings, we describe a genetically modified mouse model that allows the specific optogenetic control of Purkinje cell discharge. Tetrode recordings in the cerebellar nuclei demonstrate that focal stimulations of Purkinje cells strongly inhibit spatially restricted sets of cerebellar nuclear neurons. Strikingly, such stimulations trigger delayed climbing-fiber input signals in the stimulated Purkinje cells. Therefore, our results demonstrate that Purkinje cells phasically control the discharge of their own olivary afferents and thus might participate in the regulation of cerebellar motor learning.

Ce travail exploite un modèle biomécanique de la production de la parole comme sujet de référence pour étudier plusieurs phénomènes liés à l'adaptabilité et à la stabilité du contrôle moteur de la parole, en particulier l'équivalence motrice et le contrôle postural.La première partie de cette thèse s’intéresse au phénomène de l'équivalence motrice. L'équivalence motrice est une caractéristique essentielle du contrôle moteur de la parole, car les locuteurs doivent s'adapter constamment à des contextes phonétiques toujours différents et à conditions variables de production de la parole. Le concept de « Uncontrolled Manifold » (UCM) offre un cadre théorique pour comprendre les mécanismes sous-jacents à l'équivalence motrice : il propose de représenter la coordination entre les variables de contrôle moteur en deux sous-espaces séparés, un dans lequel tout changement des variables de contrôle affectent la sortie et un autre dans lequel ces changements n'influencent aucunement la sortie.Ce concept est développé et étudié pour la production de la parole en utilisant un modèle biomécanique 2D du conduit vocal. D'abord, une représentation des UCM linéarisées basée sur des matrices de projection orthogonale est proposée. Les UCM de différentes configurations du conduit vocal des 10 voyelles orales françaises sont ensuite caractérisées en étudiant les réponses aux perturbations de leurs commandes. On étudie alors si chaque catégorie phonétique, telle que les phonèmes, les voyelles antérieures/postérieures, ou les voyelles arrondies/non-arrondies, peut être caractérisée par une UCM unique ou si les UCM varient considérablement entre les différents représentants de chacune de ces classes. On a constaté que les UCM linéarisées, celles qui sont spécifiquement calculées pour chaque configuration du conduit vocal, mais aussi celles, plus globales, des classes phonétiques, permettent une réponse efficace aux perturbations des commandes. Cela suggère que des stratégies équivalentes d'équivalence motrice peuvent être mises en œuvre dans chacune de ces classes et que les UCM en fournissent des caractérisations exploitables. Des suggestions sont faites pour de futurs travaux pour déterminer quelles classes pourraient être utilisées dans la pratique.La deuxième partie étudie dans quelle mesure le contrôle postural de la langue exploit des mécanismes passifs - tels que les propriétés mécaniques et élastiques intrinsèques de la langue- ou des réflexes à faible latence - comme le réflexe d’étirement.Une perturbation en force a été appliquée au modèle biomécanique 2D, dans laquelle la langue est tirée vers l'avant par une force exercée sur le corps de la langue à l'aide d'un robot relié à la partie supérieure de la lame de la langue. Les simulations ont été comparées à des données expérimentales recueillies au Gipsa-lab dans des conditions similaires.Cette perturbation a été simulée avec différentes valeurs du paramètre qui dans le modèle module le feedback induit par l’étirement des fibres musculaires. Les résultats ont montré un effet de rebond dans les mouvements de la langue suite à la perturbation qui est imputable au mécanisme réflexe. Étant donné qu'un rebond similaire est observé dans les données expérimentales sur des sujets humains, ce résultat suggère qu’un mécanisme réflexe joue un rôle significatif dans la stabilité posturale de la langue. Les caractéristiques temporelles de ce réflexe ont été analysées et il s’avère que la précision du modèle est insuffisante pour tirer des conclusions sur l'origine, corticale ou spinale, de ce réflexe. Des pistes pour de futures études expérimentales sont proposées. / This work makes use of a biomechanical model of speech production as a reference subject to address several phenomena related to the adaptability and stability of speech motor control, namely motor equivalence and postural stability. The first part of this thesis is related to the phenomenon of motor equivalence. Motor equivalence is a key feature of speech motor control, since speakers must constantly adapt to various phonetic contexts and speaking conditions. The Uncontrolled Manifold (UCM) idea offers a theoretical framework for considering motor equivalence in which coordination among motor control variables is separated into two subspaces, one in which changes in control variables modify the output and another one in which these changes do not influence the output.This concept is developed and investigated for speech production using a 2D biomechanical model. First, a representation of the linearized UCM based on orthogonal projection matrices is proposed. The UCMs of various vocal tract configurations of the 10 French oral vowels are then characterized using their command perturbation responses. It is then investigated whether each phonetic class such as phonemes, front/back vowels, rounded/un-rounded vowels can be characterized by a unique UCM, or whether the UCMs vary significantly across representatives of these different classes. It was found that linearized UCMs, especially those that are specifically computed for each configuration, but also across many of the phonetic classes allow for a command perturbation response that is effective. This suggests that similar motor equivalence strategies can be implemented within each of these classes and that UCMs provide a valid characterization of an equivalence strategy. Further work is suggested to elaborate which classes might be used in practice.The second part addresses the question of the degree to which postural control of the tongue is accomplished through passive mechanisms - such as the mechanical and elastic properties of the tongue itself - or through short-latency reflexes - such as the stretch reflex.A specific external force perturbation, was applied to the 2D biomechanical model , namely one in which the tongue is pulled anteriorly using specific force profile exerted on the tongue body using a force effector attached to the superior part of the tongue blade. Simulation results were compared to experimental data collected at Gipsa-lab under similar conditions.This perturbation was simulated with various values of the model's parameter modulating the reflex strength (feedback gain). The results showed that a perturbation rebound seen in simulated data is due to a reflex mechanism. Since a compatible rebound is seen in data from human subjects, this can be taken as evidence of a reflex mechanism being involved in postural stability of the tongue. The time course of the mechanisms of this reflex, including the generation of force and the movement of the tongue, were analyzed and it was determined that the precision of the model was insufficient to make any conclusions on the origin of this reflex (whether cortical or brainstem). Still, numerous experimental directions are proposed.

Le syndrome des mouvements en miroir congénitaux (MMC) est une maladie génétique caractérisée par l’existence de mouvements involontaires symétriques d’une main qui reproduisent à l’identique les mouvements volontaires de l’autre main. Deux structures sont impliquées dans la physiopathologie de cette maladie : le corps calleux (CC) et le faisceau corticospinal (FCS). Deux gènes ont été liés aux MMC à ce jour : DCC et RAD51. Tandis que DCC joue un rôle crucial dans le guidage des axones commissuraux, RAD51 intervient dans la réparation de l’ADN, et son rôle dans le développement du système moteur était inattendu.Chez la souris, nous avons étudié le rôle de RAD51 et DCC dans le développement du FCS et du CC, ainsi que l’implication de ces deux structures dans la latéralisation du contrôle moteur. Nous avons prouvé que DCC contrôle le guidage du FCS à la ligne médiane de façon indirecte. RAD51 intervient dans le développement du neocortex, mais son rôle précis dans le développement du système moteur demeure inconnu. Nous avons par ailleurs comparé un groupe de patients MMC à des volontaires sains afin d’étudier la latéralisation de l’activité corticale lors de la préparation motrice. L’activation et les interactions inter-hémisphériques des aires motrices sont anormales dès la préparation du mouvement chez les patients MMC. L’inhibition de l’aire motrice supplémentaire (AMS) chez les volontaires sains reproduit les défauts d’interactions inter-hémisphériques observés chez les patients. Ces résultats suggèrent que l’AMS est impliquée dans la préparation des mouvements latéralisés, potentiellement en modulant les interactions entre les deux hémisphères via le CC. / Mirror movements are involuntary symmetrical movements of one side of the body that mirror voluntary movements of the other side. Congenital mirror movements (CMM) is a rare genetic disorder transmitted in autosomal dominant manner, in which mirror movements are the only clinical abnormality. Two structures are involved in the physiopathology of CMM: the corpus callosum (CC) and the corticospinal tract (CST). The two main culprit genes identified so far are DCC and RAD51. While the role of DCC in commissural axons guidance during development is well known, RAD51 is involved in DNA repair, and its link with CMM was totally unexpected. In mice, we investigated the role of RAD51 and DCC in the development of the CC and CST, as well as the role of these two structures in motor lateralization. We showed that DCC controls CST midline crossing in an indirect manner. Our work clarified the role of RAD51 in neocortex development, but how RAD51 influences motor system development remains unknown. We compared a group of CMM patients with healthy volunteers to investigate the lateralization of cortical activity during movement preparation. We showed that activation of motor/premotor areas and interhemispheric interactions during movement preparation differed between the CMM patients and healthy volunteers. Transient inhibition of the supplementary motor area (SMA) in the healthy volunteers resulted in abnormal interhemispheric interactions during movement preparation, reminiscent of the situation observed in the patients. These results suggest the SMA is involved in lateralized movements preparation, potentially by modulating interhemispheric interactions via the CC.

LES CARTES SENSORIMOTRICES DE LA PAROLE : Corrélats neurocognitifs et couplage fonctionnel des systèmes de perception et de production des voyelles du Français --- La parole est construite sur un jeu de correspondances entre représentations sensorielles et articulatoires, notamment lors de l'acquisition du langage les premières années de vie. Par l'utilisation de l'imagerie par résonance magnétique fonctionelle, l'objectif premier de nos travaux était de déterminer, chez l'adulte, un possible couplage fonctionnel des systèmes de perception et de production des voyelles du Français, considérées comme unités élémentaires de la parole. En parallèle, nos travaux devaient permettre de clarifier les structures cérébrales liées au contrôle moteur orofacial de mouvements simples supralaryngés et, à l'aide de la technique de stimulation magnétique transcrânienne, de déterminer une possible implication causale des régions sensorielles et motrices lors de la perception de la parole. Nos travaux ont permis de souligner l'implication des régions sensorielles et motrices aussi bien lors de la réalisation des gestes orofaciaux que lors de la production et de la perception des voyelles. La mise en évidence d'un effet d'adaptation pour ces régions motrices, auditives et somatosensorielles lors de l'écoute ou de la réalisation répétée d'une même voyelle ou d'un même geste suggère de plus l'existence de boucles sensorimotrices communes, impliquées dans des mécanismes adaptatifs de contrôle en ligne des gestes de parole perçus et produits. Enfin, nous avons pu démontrer le rôle causal et fonctionnel des régions sensorielles et motrices de la voie dorsale lors de la catégorisation de sons de parole. Pris ensemble, nos travaux soulignent la nature distribuée sensorimotrice des représentations cérébrales des unités de parole. Mots clés: perception et production de la parole, voyelles, contrôle moteur orofacial, interactions sensorimotrices, représentations et cartes neurocognitives, IRMf, TMS. / SENSORIMOTOR MAPS OF SPEECH: Neurocognitive correlates and functional coupling of French vowel perception and production systems --- Speech is built on a set of correspondences between sensory and articulatory representations, especially during the acquisition of language in the early years of life. Using functional magnetic resonance imaging, the primary goal of our work was to determine, in adults, a possible functional coupling of French vowel perception and production systems, as elementary speech units. In parallel, our work should help clarify the brain structures related to the orofacial motor control of simple supralaryngeal movements and to determine a possible causal contribution of sensory and motor regions during speech perception. Our work highlights the involvement of sensory and motor areas when performing orofacial gestures and during vowel production and perception. Adaptive effects of these motor, auditory and somatosensory regions during repeated orofacial movements and in vowel perception and production suggest the existence of common adaptive mechanisms involved in the online control of perceived and produced speech gestures. Finally, we demonstrated a causal and functional role of the sensorimotor regions of the dorsal pathway in speech categorization. Taken together, our results emphasize the distributed sensorimotor nature of cerebral representations of speech units. Key words: speech perception and production, vowels, orofacial motor control, sensorimotor interactions, neurocognitive representations and maps, fMRI, TMS.

Chez l’humain, les corrélats EEG du système de supervision de l’action ont largement été explorés dans le cadre de travaux sur la prise de décision, mettant en évidence plusieurs potentiels évoqués caractéristiques du traitement des erreurs de sélection de l'action. Typiquement, les tâches employées impliquent des réponses motrices élémentaires et l’évaluation des performances est de nature catégorielle. En contraste, l'EEG n'a que rarement été associée à des tâches motrices plus complexes, dans lesquelles les erreurs d'exécution du mouvement correspondent à des événements spatio-temporels variant en amplitude de manière continue. Pour explorer les corrélats EEG du traitement des erreurs d’exécution du mouvement nous avons enregistré l'activité cérébrale de participants engagés dans des tâches d'adaptation visuomotrice impliquant des perturbations mécaniques ou visuelles.Dans une première étude, nous avons identifié une négativité fronto-centrale sensible à la taille des erreurs cinématiques. Sa forte similitude avec la négativité liée au feedback (FRN), classiquement associée aux erreurs de prédiction de la récompense (EPR) suggère que le traitement des erreurs de prédiction sensorielles recrute des processus neuronaux communs à celui des EPR. Dans une seconde étude, nous avons exploré la sensibilité de l'activité oscillatoire β aux erreurs cinématiques. Nous avons ainsi mis en évidence deux patrons de modulation distincts. Alors que la modulation du rebond β post-mouvement serait liée à la saillance des erreurs cinématiques indépendamment de l’adaptation sensorimotrice, la modulation de la puissance β pré-mouvement semble être le reflet de mécanismes adaptatifs. / In humans, EEG correlates of performance monitoring have been extensively investigated in relation to decision-making theories. Event-related potentials correlates of error processing have been well documented using choice reaction-time tasks in which very simple motor responses are required. In these tasks, errors concern inappropriate action selection only and the evaluation of the performance is discrete (e.g. failure or success). In contrast, EEG activity has been much less examined in more complex motor tasks in which inaccurate movement-execution produces errors that vary continuously in magnitude. Our goal was to explore EEG correlates of movement-error processing and sensorimotor adaptation. In this purpose, we recorded EEG while volunteers performed reaching movements under mechanically or visually perturbed conditions. In a first study, we identified a fronto-central negativity whose amplitude was modulated by the size of movement errors. This potential presents great similarities with the Feedback Related Negativity (FRN), a potential often assumed to reflect reward-prediction errors (RPE). These findings suggest that the processing of movement-execution errors, corresponding to sensory-prediction errors, and the processing of RPE involve a shared neural network. In a second study we assessed β-power sensitivity to errors and found two clearly distinct patterns of β-band modulation. Our results suggest that the postmovement β-power may reflect error-salience processing independent of sensorimotor adaptation whereas modulations in the foreperiod may directly relate to the motor-command adjustments activated after movement-execution errors are experienced.

Cette thèse étudie la compensation robuste d'un retard de commande affectant un système dynamique. Pour répondre aux besoins du domaine applicatif du contrôle moteur, nous étudions d'un point de vue théorique des lois de contrôle par prédiction, dans les cas de retards incertains et de retards variables, et présentons des résultats de convergence asymptotique. Dans une première partie, nous proposons une méthodologie générale d'adaptation du retard, à même de traiter également d'autres incertitudes par une analyse de Lyapunov-Krasovskii. Cette analyse est obtenue grâce à une technique d'ajout de dérivateur récemment proposée dans la littérature et exploitant une modélisation du retard sous forme d'une équation à paramètres distribués. Dans une seconde partie, nous établissons des conditions sur les variations admissibles du retard assurant la stabilité du système boucle fermée. Nous nous intéressons tout particulièrement à une famille de retards dépendant de la commande (retard de transport). Des résultats de stabilité inspirés de l'ingalité Halanay sont utilisés pour formuler une condition de petit gain permettant une compensation robuste. Des exemples illustratifs ainsi que des résultats expérimentaux au banc moteur soulignent la compatibilité de ces lois de contrôle avec les impératifs du temps réel ainsi que les mérites de cette approche. / This thesis addresses the general problem of robust compensation of input delays. Motivated by engine applications, we theoretically study prediction-based control laws for uncertain delays and time-varying delays. Results of asymptotic convergence are obtained. In a first part, a general delay-adaptive scheme is proposed to handle uncertainties, through a Lyapunov-Krasovskii analysis induced by a backstepping transformation (applied to a transport equation) recently introduced in the literature.In a second part, conditions to handle delay variability are established. A particular class of input-dependent delay is considered (transport). Halanay-like stability results serve to formulate a small-gain condition guaranteeing robust compensation. Illustrative examples and experimental results obtained on a test bench assess the implementability of the proposed control laws and highlight the merits of the approach.