Des évidences suggèrent que l’entraînement golfique améliore l’acuité proprioceptive et la stabilité posturale. Cependant, la proprioception du membre supérieur des golfeurs experts n’a jamais été évaluée. De plus, aucune étude ne s’est intéressée à la demande attentionnelle de la performance motrice des golfeurs élites. Nous avons comparé la performance de golfeurs élites à celle de non-athlètes sédentaires dans deux tâches motrices effectuées sans vision : une tâche d’atteintes manuelles vers des cibles proprioceptives situées dans l’espace tridimensionnel et une tâche de limites de la stabilité posturale dynamique. Ces tâches étaient effectuées isolément (tâche simple) ou simultanément à une tâche cognitive attentionnelle de soustraction mathématique (tâche double). La précision et la variabilité des atteintes manuelles étaient mesurées à l’aide d’un système d’analyse de mouvement. Les limites de la stabilité posturale étaient quantifiées à partir des déplacements des centres de pression obtenus à l’aide d’une plateforme de force. Nos résultats démontrent que les atteintes manuelles des golfeurs élites sont moins variables que ceux des sujets témoins uniquement dans la condition de tâche double. La performance cognitive des golfeurs est également meilleure que celles des sujets témoins en condition de tâche double. Par ailleurs, les limites médio-latérales de la stabilité posturale des golfeurs élites sont plus grandes que les non-athlètes et mobilisent, en moyenne, moins de ressources attentionnelles. Ensemble, ces résultats suggèrent que l’entraînement golfique augmente l’efficacité de contrôle proprioceptif des mouvements de bras et de la stabilité posturale et diminue les exigences attentionnelles de la performance motrice. / Evidence suggests that golf training improves proprioceptive acuity and postural stability. However, proprioceptive sensitivity at the upper limb has never been investigated in expert golfers. Furthermore, no previous study assessed the attentional demand of motor performance in elite golfers. We compared the performance of elite golfers to sedentary non-athletes in two motor tasks performed without vision: a task involving reaching movements to proprioceptive targets located in three-dimensional space and a dynamic postural stability limit task. These tasks were performed alone (single-task) and simultaneously to a cognitive-attentional subtraction task (dual-task). The accuracy and variability of reaching movements were measured using a motion analysis system. The limits of postural stability were quantified from center of pressure displacements recorded with a force platform. Our results demonstrated that reaching movements of elite golfers were less variable than those of control subjects only in the dual task condition. As well, the cognitive performance of elite golfers was better than those of non-athletes in the dual task condition. Moreover, the medio-lateral stability limits of elite golfers were larger than those of non-athletes and, on average, mobilized less attentional resources. Together, these results suggest that golf training increases the efficiency of the proprioceptive control of arm movements and postural stability and decreases the attentional demand of motor performance.

Les pertes d’équilibre représentent une cause importante de blessure et de mortalité, notamment sur le milieu du travail et chez les personnes âgées. Cette thèse explore les effets du manque de sommeil sur le contrôle postural en fonction de l’âge et s’intéresse à l’influence des ressources attentionnelles, perceptuelles et motrices sur la relation entre le sommeil et le contrôle postural. Des sujets jeunes et âgés ont effectué diverses tâches posturales statiques sur des plates-formes de force après une nuit de sommeil et après 25 heures de privation de sommeil. L’étendue et la vitesse des déplacements du centre de pression ont été mesurées en gardant les yeux ouverts et les yeux fermés sous trois niveaux de charge cognitive. Les résultats montrent que la privation de sommeil a augmenté l’étendue du centre de pression dans les deux groupes d’âge et a augmenté la vitesse du centre de pression chez les sujets âgés. De plus, les effets de la privation de sommeil sur le contrôle postural étaient davantage prononcés lorsque les sujets âgés gardent les yeux fermés. L’augmentation de la charge cognitive sous privation de sommeil a poussé la majorité des sujets jeunes à adopter un contrôle postural plus statique, alors que chez les sujets âgés, les effets de la charge cognitive ne se surajoutaient pas à ceux de la privation de sommeil. Ces observations suggèrent que la privation de sommeil ait des effets déstabilisateurs sur le contrôle postural qui sont plus marqués chez les personnes âgées, surtout lorsque les informations visuelles sont altérées. Il est donc proposé que le manque de sommeil soit un facteur de risque significatif pour les chutes. / Falls are an important cause of injuries and mortality, especially in the work force and in the elderly population. This thesis investigates the effects of sleep loss on postural control according to age and explores the influence of attentional, perceptual and motor resources on the relationship between sleep and postural control. Young and older participants completed various postural tasks on force plates after a night of sleep and after 25 hours of sleep deprivation. Center of pressure range and velocity were measured with eyes open and with eyes closed while participants performed an interference task, a control task, and no cognitive task. Sleep deprivation increased the range of center of pressure in both age groups and center of pressure speed in older participants only. Moreover, in elderly participants, the destabilizing effects of sleep deprivation were more pronounced with eyes closed. The interference task brought younger participants to adopt a more static postural strategy when sleep deprived. However, in older participant, the interference task did not alter postural control beyond the destabilization induced by sleep loss. These observations suggest that sleep loss has greater destabilizing effects on postural control in older than in younger adults, especially when vision is altered. It is therefore proposed that sleep debt may be a significant risk factor for falls.

La rupture du ligament croisé antérieur du genou est très fréquente, notamment dans les activités qui impliquent des contraintes en rotation. Une dégénérescence du cartilage articulaire du genou peut par la suite engendrer une arthrose. Le but de cette étude était d’une part dans les pathologies traumatiques et d’autre part dans les pathologies dégénératives, atteignant cette articulation, d’analyser les facteurs prédictifs du contrôle postural et de la récupération fonctionnelle. Les effets d’une rééducation innovante combinant une rééducation conventionnelle réduite avec une rééducation en milieu aquatique ont été comparés à ceux d’une rééducation conventionnelle définie par la Haute Autorité de Santé, sur la cinétique de récupération des compétences proprioceptives et sur l’amélioration fonctionnelle. Le contrôle postural par posturographie et la motricité au moyen de tests cliniques ont été quantifiés chez 67 patients ayant présenté une rupture du ligament croisé antérieur, avant intervention et jusqu’à six mois après intervention chirurgicale. Les effets des paramètres météorologiques sur le contrôle postural et la douleur dans la gonarthrose ont été évalués chez 113 patients, par posturographie et échelle de douleur. Pour une même qualité globale du contrôle postural six mois après ligamentoplastie du genou, les patients ayant suivi le protocole de rééducation innovant utilisaient davantage la somesthésie que ceux ayant suivi une rééducation conventionnelle, qui devaient recourir plus à un mécanisme de compensation. La proprioception était améliorée deux mois après l’intervention chirurgicale par rapport à l’évaluation pré-opératoire chez les patients ayant suivi le protocole innovant. La force musculaire était plus importante chez les patients ayant suivi le protocole de rééducation innovant un mois, deux mois et six mois après intervention. Un mois après l’intervention, la distance de marche parcourue était plus importante chez les patients ayant suivi la rééducation innovante que chez les patients ayant suivi la rééducation conventionnelle. Chez les patients présentant une gonarthrose, une dégradation du contrôle postural était observée lorsque la pression atmosphérique et l’humidité maximale diminuaient au cours de la matinée et lorsque la pression atmosphérique diminuait au cours de la journée. L’augmentation de la douleur était corrélée avec l’augmentation de la température sur la matinée et avec l’augmentation de la température et de l’humidité sur la journée. L’environnement dans lequel évolue le sujet (ex : milieu aquatique, ambiance climatique) a donc une influence sur la performance du contrôle postural. Une meilleure prise en charge en rééducation post-ligamentoplastie du genou permettrait de limiter la nécessité de compensation sur le membre contralatéral par une meilleure utilisation de la somesthésie et ainsi prévenir la survenue de l’arthrose et d’une rupture ligamentaire contralatérale. Ceci permettrait de limiter les coûts socio-professionnels / The knee can suffer damage from either traumatic or degenerative pathology. Anterior cruciate ligament (ACL) injuries frequently occur, especially in activities that including rotational stresses. Degeneration of the articular cartilage of the knee can subsequently result in osteoarthritis. The aim of this study was to analyze the predictive factors of postural control and recovery in traumatic injuries and also in degenerative pathologies of the knee. The effects of an innovative rehabilitation protocol combining reduced conventional rehabilitation with aquatic rehabilitation were compared with conventional rehabilitation defined by the National French Health Authority on the kinetics of recovery of proprioceptive skills and functional improvement. Postural control and motor control using clinical tests were quantified in 67 patients with ACL surgery before and up to six months after surgery. The effects of meteorological parameters on postural control and pain in knee osteoarthritis were evaluated in 113 patients, using posturography and also a pain scale. Six months after knee ligament surgery, both groups attained the same quality of postural control. However, patients who followed the innovative protocol made more used of proprioceptive inputs compared to the group who underwent conventional rehabilitation who made more use of a compensation mechanism. In patients following the innovative protocol proprioception was improved two months after surgery compared to before surgery. Muscle strength was higher in patients who followed the innovative rehabilitation protocol at one, two and six months after surgery. One month after surgery, the walking distance traveled was higher in patients who underwent innovative rehabilitation than in patients who had undergone conventional rehabilitation. In patients with knee osteoarthritis, degradation of postural control was observed when atmospheric pressure and maximum humidity decreased during the morning and when atmospheric pressure decreased during the entire day. Increased pain was correlated with increased temperature in the morning and with increased temperature and humidity during the entire day. The environment in which evolves the subject (aquatic, climatic) thus has an influence on postural control performance. A better management in post-ligamentoplasty rehabilitation of the knee would reduce the need for compensation using the contralateral limb, by better use of somesthesia. This could prevent the occurrence of osteoarthritis and a contralateral ACL injury, which would also reduce costs to the society and health care

Depuis quelques années, de nouveaux systèmes de rééducation à la marche de type orthèse tels que le Lokomat® (Hocoma AG, Volketswil, Suisse) apparaissent dans les laboratoires de recherche clinique. Ces outils sont proposés, via des programmes de réentraînement à l’effort, pour la rééducation des patients présentant des altérations de l’appareil locomoteur. Leur but principal consiste à réacquérir une marche fonctionnelle grâce à une simulation des différentes phases de la marche et à une stimulation sensitive nourrissant les réafférences proprioceptives. Le Lokomat® permet donc, par une répétition prolongée des patrons de marche, un apprentissage sensori-moteur actif et progressif pour le patient. Les objectifs de notre étude sont : (1) de caractériser les processus de contrôle de l’équilibre (coordinations multi-segmentaires) pendant la marche chez des enfants atteints de paralysie cérébrale, comparativement à un groupe d’enfants à développement typique, en analysant les différentes stratégies mises en œuvre pour se propulser vers l’avant tout en préservant leur équilibre, puis (2) de mettre en évidence l’apport d’une rééducation robotisée à la marche dans l’amélioration et/ou la modification des paramètres biomécaniques de la marche chez des enfants atteints de paralysie cérébrale et d’en observer les influences éventuelles sur la motricité globale de l’enfant (nouvelles stratégies, amélioration du rapport coût/bénéfice, etc.). / In recent years, robotically driven orthoses such as the Lokomat® (Hocoma AG, Volketswil, Switzerland) appear in clinical research laboratories. These tools are proposed through gait training programs for the rehabilitation of patients with locomotor disorders. Their main purpose consists to reacquire functional gait through a simulation of the different phases of gait and a sensory stimulation feeding proprioceptive feedback. The Lokomat® allows by an extended repetition of gait patterns an active and progressive sensorimotor learning for the patient. The aims of our study are: (1) to characterize balance control processes (multisegmental coordination) in gait children with cerebral palsy compared to a group of typical development children by analyzing the different strategies involved to maintain forward motion while maintaining dynamic balance, then (2) to show the effects of robot-assisted rehabilitation in gait retraining and show this impacts upon the postural control of children with cerebral palsy (news strategies, ratio cost/benefit improvement, etc).

Certains besoins de santé spécifiques ont contribué au développement du travail présenté ici, en particulier dans le domaine de la kinésithérapie dans lequel l’étude de l’équilibre postural est étudiée. Les solutions qui existent aujourd'hui sur le marché sont coûteuses, disponibles uniquement dans les grands hôpitaux ou dans des salles dédiées, avec un faible taux de fréquentation de la population, principalement dans des endroits plus éloignés des grands centres urbains. Ce travail a été développé en collaboration avec une équipe constituée de kinésithérapeutes, de chercheurs en génie électrique et en génie mécanique du laboratoire G-SCOP, Grenoble INP, Institut d’Ingénierie, Univ. Grenoble Alpes, France. Cette équipe cherche des solutions à faible coût qui répondent aux besoins de la société en général, en mettant l'accent sur la santé, mais également sur la vulgarisation scientifique, en diffusant ses travaux lors de manifestations de type fête de la Sciences dans la région et pour la communauté. Les travaux ont débuté avec une plateforme de force développée en 2016, conjointement par des chercheurs de l'UNESP (une Université de l'état Sao Paulo au Brésil) et du laboratoire G-SCOP. A cette solution a été ajoutée une nouvelle interface électronique, développée dans le but de fournir des informations sur le déplacement du centre de pression du patient. Un mécanisme a également été mis en place pour assurer la synchronisation entre les informations capturées par les capteurs installés sur la plate-forme et un capteur Microsoft Kinect. De nouveaux outils logiciels ont été proposés pour capturer et analyser les résultats. Le traitement des données permet de créer un modèle tridimensionnel détaillé contenant la cinématique de plusieurs articulations du corps humain et leur comportement respectif en fonction du temps. La mise en œuvre du capteur Kinect synchronisé avec la plate-forme de force permet de comparer le Centre de Pression avec le Centre de masse en vue de proposer un outil plus léger et moins cher à la communauté des praticiens hospitaliers. / Some specific health needs contributed to the development of the work presented here, especially in Physical Therapy in which the Postural Equilibrium is studied. The solutions that exist today in the market are of expensive, available only in large hospitals or in dedicated rooms, with low index of attendance to the population, mainly in places more distant of the great urban centers. This work was developed in cooperation with a team constituted of Phisiotherpists, Electrical Engineering and Mechanical Engineering from of the G-SCOP Laboratory, Grenoble INP, Institute of Engineering Univ. Grenoble Alpes, France. This team seeks low cost solutions that meet the needs of society in general, with a focus on health, but also with a focus on the popularization of science, disseminating its work in basic schools in the region and also in the community. The work began with a strength platform developed in 2016, jointly by researchers from UNESP, Sao Paulo, Brasil, and the G-SCOP Laboratory. To this solution was added a new electronic interface, developed with the purpose of providing information on the displacement of the patient pressure center. A mechanism was also implemented to ensure synchronization between information captured by sensors installed on the platform and a Microsoft Kinect sensor. New software tools were developed to capture and analyze the results. The data treatment allows the creation of a detailed three-dimensional model, containing the kinematics of several joints of the human body and their respective positional behavior, as a function of time. With the implementation of the Kinect sensor, synchronised with the force platform, it is also possible to evaluate the kinematic and positional biomechanical parameters.

Les pertes d’équilibre représentent une cause importante de blessure et de mortalité, notamment sur le milieu du travail et chez les personnes âgées. Cette thèse explore les effets du manque de sommeil sur le contrôle postural en fonction de l’âge et s’intéresse à l’influence des ressources attentionnelles, perceptuelles et motrices sur la relation entre le sommeil et le contrôle postural. Des sujets jeunes et âgés ont effectué diverses tâches posturales statiques sur des plates-formes de force après une nuit de sommeil et après 25 heures de privation de sommeil. L’étendue et la vitesse des déplacements du centre de pression ont été mesurées en gardant les yeux ouverts et les yeux fermés sous trois niveaux de charge cognitive. Les résultats montrent que la privation de sommeil a augmenté l’étendue du centre de pression dans les deux groupes d’âge et a augmenté la vitesse du centre de pression chez les sujets âgés. De plus, les effets de la privation de sommeil sur le contrôle postural étaient davantage prononcés lorsque les sujets âgés gardent les yeux fermés. L’augmentation de la charge cognitive sous privation de sommeil a poussé la majorité des sujets jeunes à adopter un contrôle postural plus statique, alors que chez les sujets âgés, les effets de la charge cognitive ne se surajoutaient pas à ceux de la privation de sommeil. Ces observations suggèrent que la privation de sommeil ait des effets déstabilisateurs sur le contrôle postural qui sont plus marqués chez les personnes âgées, surtout lorsque les informations visuelles sont altérées. Il est donc proposé que le manque de sommeil soit un facteur de risque significatif pour les chutes. / Falls are an important cause of injuries and mortality, especially in the work force and in the elderly population. This thesis investigates the effects of sleep loss on postural control according to age and explores the influence of attentional, perceptual and motor resources on the relationship between sleep and postural control. Young and older participants completed various postural tasks on force plates after a night of sleep and after 25 hours of sleep deprivation. Center of pressure range and velocity were measured with eyes open and with eyes closed while participants performed an interference task, a control task, and no cognitive task. Sleep deprivation increased the range of center of pressure in both age groups and center of pressure speed in older participants only. Moreover, in elderly participants, the destabilizing effects of sleep deprivation were more pronounced with eyes closed. The interference task brought younger participants to adopt a more static postural strategy when sleep deprived. However, in older participant, the interference task did not alter postural control beyond the destabilization induced by sleep loss. These observations suggest that sleep loss has greater destabilizing effects on postural control in older than in younger adults, especially when vision is altered. It is therefore proposed that sleep debt may be a significant risk factor for falls.

La prévention des chutes chez les personnes âgées constitue aujourd'hui un objectif prioritaire en matière de santé publique. Bien que les mécanismes associés au vieillissement soient complexes et variables selon les individus, la détérioration des fonctions sensorielles semble être un des facteurs majeurs de la dégradation du contrôle postural. Cette diminution des performances posturales augmente la probabilité de chute. L'altération de la sensibilité cutanée qui apparaît avec l'âge est, en particulier, à l'origine de problèmes d'équilibre. Compte tenu de leur localisation à l'interface du corps et du support podal, les capteurs tactiles plantaires fournissent des informations très pertinentes sur les oscillations du corps par rapport à la verticale. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous nous sommes particulièrement intéressés aux effets d'une stimulation mécanique de la sole plantaire par le port de semelles à picots. Nos travaux ont mis en évidence que ce type de stimulation améliore dans certaines conditions la stabilité posturale chez les jeunes, chez les personnes âgées saines ou atteintes d'une neuropathie diabétique. Les bénéfices observés ne sont ni corrélés à la sensibilité cutanée plantaire, ni aux performances posturales initiales du sujet et varient selon les individus. L'enrichissement du contexte sensoriel apporté par les picots pourrait constituer une méthode de stimulation originale et particulièrement appropriée pour les personnes qui présentent des problèmes d'équilibre. Elle permettrait de reproduire dans une certaine mesure les effets bénéfiques d'un massage de la sole plantaire, ce qui éviterait ainsi l'intervention systématique d'un thérapeute. Les perspectives de ce travail sont nombreuses et nous permettront de déterminer le meilleur compromis en termes de durée, d'intensité, de fréquence de stimulation et de confort afin de pouvoir quantifier plus précisément la stimulation optimale.

ALK1 est un récepteur de la famille du TGF-β, principalement exprimé dans les cellules endothéliales. Le ligand physiologique et circulant d'ALK1, BMP9, a été découvert par notre laboratoire en 2007, ce qui a ouvert des possibilités d'étude de la fonction d'ALK1. La première partie de ma thèse a été consacrée à l'analyse fonctionnelle de mutants d'ALK1, retrouvés sur des patients atteints de la maladie de Rendu-Osler de type 2, en réponse à BMP9. Cette étude a permis de : 1) proposer l'haploinsuffisance fonctionnelle comme modèle de la maladie ; 2) développer un test diagnostique pour discriminer les mutations pathogènes des polymorphismes rares, basé sur leur réponse à BMP9 ; 3) d'avoir une meilleure connaissance des acides aminés d'ALK1 importants dans la réponse à BMP9. Un second travail a consisté en la production de la forme mature de BMP9 et du domaine extracellulaire d'ALK1 en vue de l'étude de la structure cristallographique du complexe. L'expression des protéines et leur purification sont en phase d'optimisation. Enfin, un troisième projet consistait en l'analyse du rôle de BMP9 dans l'angiogenèse in vivo. La neutralisation de BMP9 par deux stratégies distinctes induit une augmentation de la densité vasculaire dans la rétine de la souris. Le mécanisme est en cours d'investigation.

Une lésion corticale hémisphérique peut entrainer des troubles distincts en fonction du côté de la lésion : troubles du langage pour l'atteinte de l'hémisphère gauche ou difficultés à tenir debout lorsque c'est l'hémisphère droit qui est atteint. Nous avons fait l'hypothèse que l'hémisphère droit serait associé à une intégration des informations proprioceptives plus pertinente dans le but de contrôler notre posture bipodale. Nous avons donc perturbé ces informations par l'utilisation de vibrations tendineuses et observé les réactions posturales induites pour différents groupes (sujets jeunes, âgés et patients hémiparétiques). Nos résultats démontrent l'utilisation préférentielle de ces informations sensorielles par l'hémisphère droit, dans la gestion et l'organisation posturale au niveau spatial et multi-segmentaire. L'utilisation de ces stimulations proprioceptives pourrait être un facteur important dans la prise en charge thérapeutique de certaines populations pathologiques. / A cortical injury leads to some distinct trouble depending on the injured side; speech and language troubles when the left brain is damaged or standing difficulties when the right brain is injured. Our hypothesis was that the right brain hemisphere permitted a more pertinent integration of proprioceptive information to control the upright position. We perturbed the proprioceptive information with tendon vibration and we observed the induced postural reactions for several groups (young and senior adults, stroke patients). Our results show that proprioceptive information is better processed by the right hemisphere, reflected by control and postural organization at spatial and multi-segmental levels. Proprioceptive stimulations may be an important tool for the rehabilitation of several pathological populations.

Bien que les orthèses lombaires (OL) soient couramment employées depuis de nombreuses années dans le traitement conservateur des lombalgies, leurs effets mécaniques et posturaux restent, à notre connaissance, partiellement inexplorés. Des obstacles d'ordre méthodologique en sont la principale cause avec en premier lieu la difficulté d'évaluer les effets des OL à l'intérieur du tronc sans être invasif et sans nécessiter un équipement coûteux difficilement utilisable lors de la pratique médicale courante. La levée de ces verrous scientifiques a guidé l'ensemble de ce travail doctoral à travers le développement d'une méthodologie spécifique. L'effet mécanique a été étudié à partir d'une nouvelle méthode non-invasive de mesure de la pression intradiscale réalisée à partir d'une modélisation par éléments finis contrôlée par radiographie. Les premiers résultats ont démontré la possibilité de diminuer de 15 à 22% en moyenne la pression intradiscale lors du port d'une OL modifiant la statique rachidienne. Les différents travaux sur l'équilibre postural ont permis de définir une méthodologie d'analyse de la posture en station debout puis assise adaptée à l'évaluation des OL. Les premiers résultats chez des patients lombalgiques subaiguës ont mis en évidence un contrôle postural plus efficient (réduction de la raideur active du tronc) lors du port de l'OL la plus rigide. A terme, cette méthodologie facile à mettre en œuvre permettra d'adapter les caractéristiques du produit (raideur passive / forme) aux caractéristiques des patients (raideur active / courbure lombaire) dans le but d’optimiser l'efficacité clinique / Although lumbar orthoses (LO) are commonly used for many years in the conservative treatment of low back pain, postural and mechanical effects are, to our knowledge, partly unexplored. Methodological difficulties are the main cause with, in the first place, the difficulty to assess the LO effects inside the trunk with a non-invasive and not expensive method adapted for current medical practice. This Ph.D work attempts to address these difficulties through the development of a specific methodology. The mechanical effect was studied by a non-invasive estimation of the intradiscal pressure through a finite element modeling controlled by radiographs. The first results showed the possibility of a mean reduction from 15 to 22% of the intradiscal pressure while wearing an LO which is able to change the spinal posture. The different works on postural balance allowed us to define a methodology for a suitable LO assessment in standing and then sitting postures. The first results in patients with subacute low back pain showed a more efficient postural control (reduction of active stiffness of the trunk) while wearing the most stiffer LO. In the future, this easy-to-implement assessment could be helpful to more accurately target the appropriate LO for a given patient in order to improve his / her clinical status