Dans le champ des neurosciences comportementales, une interrogation demeure quant à la contribution des informations visuelles et proprioceptives permettant de localiser la main et la cible pendant la réalisation d'un mouvement de la main vers une cible visuelle. Nous avons développé une méthode originale pour investiguer la thématique du contrôle en ligne du mouvement. Dans chacune des études réalisées, des participants adultes essayaient d'atteindre le plus précisément possible des cibles visuelles présentées dans l'obscurité. Des modifications de la position de la cible mais également de la position vue de la main étaient réalisées de façon aléatoire et nous avons analysé comment cela affectait le comportement moteur des sujets. Pour que l'influence de processus cognitifs sur le contrôle en ligne du mouvement soit aussi similaire que possible dans les conditions avec ou sans perturbation, nous avons choisi de produire ces perturbations sans que les sujets ne puissent les percevoir dans le sens où ils n'ont jamais été capables d'en rendre compte verbalement. L'étude 1 a montré que l'information visuelle relative à la position de la cible était prise en compte de manière plus importante et plus rapide par rapport à l'information visuelle relative à la position de la main, pour le contrôle en temps réel des mouvements rapides. Toutefois, la principale question dégagée de cette étude a concerné l'utilisation limitée du feedback visuel de la main, une observation qui semblait en opposition avec nombre d'études ayant montré le rôle essentiel de ce type d'information dans le contrôle de mouvements d'atteinte manuelle. En fait, une analyse approfondie de la littérature a laissé suggérer que la nature de la tâche, où l'amplitude du mouvement devait être contrôlée, pourrait avoir limité le traitement optimal de l'information visuelle. L'étude 2 avait pour but d'examiner l'utilisation du feedback visuel de la main dans le contrôle de mouvements d'atteinte manuelle lorsque seule la composante directionnelle du mouvement est à contrôler. L'étude 2 a permis de mettre en évidence la capacité d'intégration rapide et précise du système nerveux central des informations visuelles et proprioceptives sur la position de la main. L'information visuelle a en effet été utilisée de manière consistante et significative, un résultat différant singulièrement de celui obtenu dans l'étude 1 où essentiellement l'amplitude du mouvement était à contrôler. Dès lors, il nous a paru intéressant d'étudier une tâche où des modifications de l'information visuelle devaient résulter en des modifications de l'amplitude et de la direction du mouvement. La question sous-jacente était de savoir si le contrôle des deux composantes serait identique aux deux expériences précédentes ou si il y aurait un effet de type interaction au niveau du contrôle. L'étude 3 a notamment permis de démontrer que le contrôle directionnel de mouvements rapides sur la base d'informations visuelles de la main est limité par le contrôle de l'amplitude (que l'on peut alors légitimement définir comme une contrainte). En fait, le fait de contrôler l'amplitude (et donc le freinage du mouvement) semble limiter plus généralement le contrôle en ligne du mouvement sur la base des informations de localisation de la main. A ce stade, nous avions donc démontré la contribution des informations visuelles de localisation de la cible et de la main, ainsi que des informations proprioceptives au contrôle courant des mouvements d'atteinte manuelle. Nos expériences ont donc permis de démontrer les rôles essentiels des informations proprioceptives et visuelles (relatives à la position de la main et de la cible). Afin d'étudier le caractère indispensable de ces boucles de rétroaction, nous avons eu l'opportunité de travailler avec une patiente proprioceptivement désafférentée. L'étude 4 nous a permis de montrer qu'un contrôle du geste en cours d'exécution était possible malgré l'absence de boucles de rétroaction sensorielles périphériques sur la localisation de la main et de la cible. Nous proposons donc un modèle du contrôle en ligne du mouvement basé sur une utilisation optimale des mécanismes proactifs et rétroactifs, ainsi que sur la continuité et la rapidité du processus de traitement de l'information.

Nos entrées sensorielles, comme nos mouvements, sont entachés d’incertitudes. Pourtant, notre système nerveux central semble être aussi précis que possible compte tenu de ces incertitudes: il les gère de manière optimale, par exemple en pondérant des informations sensorielles redondantes en fonction de leur fiabilité, ou en prenant en compte ses incertitudes motrices lors de la réalisation de mouvements. Si les modalités des combinaisons d’informations redondantes sont bien connues lors de tâches statiques, elles le sont moins en conditions dynamiques, lors de mouvements. La partie expérimentale de cette thèse a permis de confirmer l’existence de mécanismes d’estimation et de contrôle optimaux des mouvements chez l’humain. En effet, nous avons mis en évidence l’intégration optimale d’information visuelle lors de la réalisation de saccades à la lumière: lors de séquences de saccades, le système visuomoteur est capable d’utiliser l’information visuelle pour mettre à jour ses estimations internes de la position de l’œil. Une étude complémentaire des sources de variabilité des saccades suggère un rôle similaire pour la proprioception extra-oculaire. Par une troisième expérience, novatrice, nous avons montré que le toucher est pris en compte en temps réel lors de mouvements de la main en contact avec une surface. Nous avons également inféré une mesure de la variance de l'information tactile. Enfin, à partir des connaissances sur la représentation des variables sensorimotrices dans le système nerveux, nous avons construit plusieurs réseaux de neurones qui implémentent de manière proche de l'optimum statistique la planification et le contrôle de mouvements / Our sensory inputs, as well as our movements, are uncertain. Nevertheless, our central nervous systems appears to be as accurate as possible: these uncertainties are handled in an optimal fashion. For example, redundant sensory signals are weighted according to their accuracy, and motor uncertainties are taken in account when movements are made. The characteristics of the combination of redundant sensory signals are well known for static tasks. However, they are less known in dynamic conditions. The experimental part of this thesis allowed to confirm the use of statistically optimal sensorimotor processes during movements. We showed that visual information can be integrated during sequences of saccades, the oculomotor system being able to use visual information to update its internal estimate of eye position. A complementary study on the sources of variability for saccadic eye movements suggests a similar role for extra-ocular proprioception. In a third original experiment, we showed that tactile input is optimally taken in account for the on-line control of arm movements during which fingertips are in contact with a textured surface. Last, we built several neuronal networks models simulating optimal movement planning. These networks were based on current knowledge about probabilistic representations in the nervous system

Nos entrées sensorielles, comme nos mouvements, sont entachés d'incertitudes. Pourtant, notre système nerveux central semble être aussi précis que possible compte tenu de ces incertitudes: il les gère de manière optimale, par exemple en pondérant des informations sensorielles redondantes en fonction de leur fiabilité, ou en prenant en compte ses incertitudes motrices lors de la réalisation de mouvements. Si les modalités des combinaisons d'informations redondantes sont bien connues lors de tâches statiques, elles le sont moins en conditions dynamiques, lors de mouvements. La partie expérimentale de cette thèse a permis de confirmer l'existence de mécanismes d'estimation et de contrôle optimaux des mouvements chez l'humain. En effet, nous avons mis en évidence l'intégration optimale d'information visuelle lors de la réalisation de saccades à la lumière: lors de séquences de saccades, le système visuomoteur est capable d'utiliser l'information visuelle pour mettre à jour ses estimations internes de la position de l'œil. Une étude complémentaire des sources de variabilité des saccades suggère un rôle similaire pour la proprioception extra-oculaire. Par une troisième expérience, novatrice, nous avons montré que le toucher est pris en compte en temps réel lors de mouvements de la main en contact avec une surface. Nous avons également inféré une mesure de la variance de l'information tactile. Enfin, à partir des connaissances sur la représentation des variables sensorimotrices dans le système nerveux, nous avons construit plusieurs réseaux de neurones qui implémentent de manière proche de l'optimum statistique la planification et le contrôle de mouvements