Thèse d'exercice : Médecine. Anesthésie-réanimation chirurgicale : Université de Nantes : 2004. / Bibliogr. f. 53-59 [62 réf.].

Le mouvement de préhension est un mouvement très complexe qui a fait l'objet de nombreuses recherches, non seulement dans le domaine ergonomique mais aussi dans le domaine clinique, en neurophysiologie, en robotique ou dans l'animation. Dans le contexte ergonomique, il est de plus en plus usuel d'utiliser un mannequin numérique pour reproduire et simuler des mouvements de préhension. Un tel outil, MAN3D, a été développé à l'INRETS. MAN3D permet la représentation des sujets humains (homme et femme) dans un environnement, ainsi que des interactions entre ces sujets et leur environnement. Cependant, dans l'état actuel de développement, les mouvements au niveau de la main sont peu réalistes et certaines postures réelles sont impossibles à reproduire. Cette limite est principalement liée à la modélisation trop simplifiée du modèle cinématique de la main. L'objectif de cette thèse est donc en premier lieu de développer un modèle cinématique de la main, intégré dans le mannequin numérique MAN3D, capable de reproduire et de simuler, de la manière la plus réaliste possible, des postures de préhension. Un second objectif est d'exploiter ce modèle pour réaliser une base de données de postures de préhension adoptées naturellement lors de la prise et la manipulation de plusieurs types d'objets.

Pour faciliter l’initiation de la transcription par l’ARN Polymérase II, le complexe co-activateur de la transcription SAGA possède une activité d’acétylation des histones H3 et une activité de déubiquitination des histones H2B, catalysée chez l’homme par l’enzyme USP22. Mon travail de thèse a porté sur l’étude de la régulation de cette activité de déubiquitination.Au sein de SAGA, USP22 interagit fortement avec trois protéines pour former un module structural appelé module de déubiquitination (DUBm). Nous avons montré que la formation d’un tel module était requise pour activer USP22. D’autre part, deux sous-unités du DUBm humain, ATXN7 et ATXN7L3, contiennent un domaine SCA7. Nos résultats montrent que le repliement structural adopté par ces deux doigts de zinc n’avait pas encore été décrit. Nous avons démontré que le domaine SCA7 de ATXN7 peut interagir avec un nucléosome in vitro et que cette interaction participe à la régulation fine de l’activité de déubiquitination de SAGA. Nous proposons qu’en interagissant avec le nucléosome, le domaine SCA7 de Sgf73 ou de ATXN7 pourrait positionner le DUBm de façon optimale par rapport à son substrat. / The SAGA complex is one of the most studied transcriptional co-activator complexes. To facilitate transcription by RNA Polymerase II, SAGA presents a modular organization and harbours two enzymatic activities. In human cells, these two enzymes are called GCN5 and USP22 and they can respectivelly acetylate histones H3 and deubiquitinate histones H2B. During my PhD thesis, I have worked on the regulation of SAGA deubiquitination activity. In the SAGA complex, USP22 interacts strongly with three other subunits to form a structural and functionnal module, named deubiquitination module (DUBm). We have shown that the free recombinant USP22 enzyme is not active, but that the formation of a stable DUBm triggers a strong stimulation of USP22 catalytic activity. Secondly, in human cells, two subunits of the DUBm, ATXN7 and ATXN7L3, contain a domain, called SCA7, that is not found in any other protein. Our results show that the new structural fold adopted by these two domains is specific to these zinc-fingers. These two SCA7 domains share a common structural heart, but their atomic structures reveal also differences, especially in the spatial organization of secondary structure elements. Indeed, we have shown that ATXN7 SCA7 domain can interact in vitro with a nucleosome which is not the case of ATXN7L3 SCA7 domain. Finally, I could show that in vivo the SCA7 domain of Sgf73, the ortholog of ATXN7 has a role in fine tunning SAGA deubiquitination activity. We hypothesize that the interaction between a nucleosome and the SCA7 domain of ATXN7 or Sgf73 would regulate SAGA deubiquitination activity by an optimal positionning of the module to its substrate.

Les transposases sont des enzymes qui reconnaissent des séquences spécifiques sur l'ADN aux bornes des transposons (éléments à transposer) et catalysent des réactions de coupure et de transfert de brins. La mobilité des transposons entraîne la plasticité des génomes, et dans certains cas, l'exaptation de gènes de transposons contribue à l'émergence de nouvelles fonctions cellulaires. La paramécie est un modèle eucaryote unicellulaire extraordinaire pour étudier le rôle des transposases domestiquées de PiggyBac (nommées PiggyMac et PiggyMac-like) dans le réarrangement programmé de son génome. Ces dernières contribuent à l'assemblage de son génome somatique au cours du cycle sexuel. Les principaux axes de ce projet se sont centrés sur l’étude structurale de la transposase PiggyBac (issue de Trichoplusia ni) et une étude d’interaction avec des séquences particulières de son transposon. Ainsi qu’une étude structurale de la transposase domestiquée PiggyMac chez la paramécie.La première structure obtenue (domaine riche en cystéine de la transposase PiggyBac) montre une structuration en doigt de zinc de type PHD-RING. Il a été démontré in vivo et in vitro l’importance du domaine riche en cystéines (CRD) de PiggyBac pour une activité d’excision et d’intégration du transposon PiggyBac. Nous avons pu mettre en évidence que le CRD de PiggyBac cible des séquences spécifiques d’ADN qui sont localisées dans les séquences TIR (Terminal Inverted Repeat) gauche et droite du transposon. Grâce aux résultats issus de la RMN, des modèles de complexes protéine-ADN ont pu être établis.Concernant PiggyMac (transposase PiggyBac domestiquée), son domaine riche en cystéines et histidines a pu être produit doublement marqué (15N et 13C) dans E.coli. Des études structurales en RMN et l'utilisation d'un programme de modélisation moléculaire CYANA ont permis d’accéder à la structure tridimensionnelle de ce domaine.Nous montrons que celui-ci se replie en doigt de zinc entrelacé qui lie deux ions zinc avec un total de huit histidines et cystéines (résultat en cours de publication). La configuration de ce doigt de zinc est différente de celui de PiggyBac et même nouveau dans la littérature concernant ce peptide. Cette étude a permis de mettre en évidence un nouveau type de doigt de zinc. / Transposases are enzymes that recognize specific DNA sequences across transposons (elements to transpose) and catalyze cleavage and transfer reactions strands. The mobility of transposons causes the genome plasticity, and in some cases, the transposon gene exaptation contributes to the emergence of new cellular functions. Paramecium is an extraordinary unicellular eukaryotic model to study the role of transposases domesticated PiggyBac (named PiggyMac and PiggyMac-like) in the programmed rearrangement of its genome. These contribute to the assembly of the somatic genome during sexual cycle. The main axes of this project have focused on the structural study of the transposase PiggyBac (derived from Trichoplusia ni) and an interaction study with particular sequences of the transposon. And a structural study of the transposase domesticated PiggyMac in Paramecium.The first structure obtained (cysteine-rich domain of the transposase PiggyBac) shows a structure in PHD-RING-type zinc finger. It has been demonstrated in vivo and in vitro the importance of the cysteine-rich domain (CRD) of PiggyBac for excision activity and integration of the transposon PiggyBac. We were able to show that the CRD PiggyBac target specific DNA sequences that are located in the TIR sequences (Inverted Terminal Repeat) left and right of the transposon. Thanks to the NMR results, protein-DNA complexes models were established.Regarding PiggyMac (PiggyBac domesticated transposase), its cysteine ​​and histidine rich domain has been doubly labeled product (15N and 13C) in E. coli. NMR structural studies and the use of a CYANA molecular modeling program allowed to access the three-dimensional structure of this domain.We show that it folds into interlaced zinc finger that binds two zinc ions with a total of eight histidine and cysteine ​​(results being published). The configuration of this zinc finger is different from that of PiggyBac and even new in the literature concerning this peptide. The study highlighted a new type of zinc finger.

Avec le besoin de développer un organe artificiel remplaçant le doigt humain dans le cas d'un déficit et la nécessité de comprendre le fonctionnement de ce système physiologique, un modèle physique inverse du système doigt, permettant de chercher les activations neuronales à partir du mouvement, est nécessaire. Malgré le grand nombre d'études dans la modélisation de la main humaine, presque il n'existe aucun modèle physique inverse du système doigt majeur qui s'intéresse à chercher les activations neuronales. Presque tous les modèles existants se sont intéressés à la recherche des forces et des activations musculaires. L'objectif de la thèse est de présenter un modèle neuromusculo-squelettique du système doigt majeur humain permettant d'obtenir les activations neuronales, les activations musculaires et les forces musculaires des tous les muscles agissants sur le système doigt d'après l'analyse du mouvement. Le but de ce type des modèles est de représenter les caractéristiques essentielles du mouvement avec le plus de réalisme possible. Notre travail consiste à étudier, modéliser et à simuler le mouvement du doigt humain. L'innovation du modèle proposé est le couplage entre la biomécanique et les aspects neurophysiologiques afin de simuler la chaine inverse complet du mouvement en allant des données dynamiques du doigt aux intentions neuronales qui contrôlent les activations musculaires. L'autre innovation est la conception d'un protocole expérimental spécifique qui traite à la fois les données sEMG multicanal et les données cinématiques d'après une procédure de capture de mouvement. / With the need to develop an artificial organ replacing the human finger in the case of a deficiency and the need to understand how this physiological system works, an inverse physical model of the finger system for estimating neuronal activations from the movement, is necessary. Despite the large number of studies in the human hand modeling, almost there is no inverse physical model of the middle finger system that focuses on search neuronal activations. Al most all existing models have focused on the research of the muscle forces and muscle activations. The purpose of the manuscript is to present a neuromusculoskeletal model of the human middle finger system for estimating neuronal activations, muscle activations and muscle forces of all the acting muscles after movement analysis. The aim of such models is to represent the essential characteristics of the movement with the best possible realism. Our job is to study, model and simulate the movement of the human finger. The innovation of the proposed model is the coupling between the biomechanical and neurophysiological aspects to simulate the complete inverse movement chain from dynamic finger data to neuronal intents that control muscle activations. Another innovation is the design of a specific experimental protocol that treats both the multichannel sEMG and kinematic data from a data capture procedure of the movement.

Une régression des principales modalités sensorielles (vision, audition, goût et odorat) est bien rapportée à l'âge. La perception tactile est influencée par différents paramètres. Un grand nombre de ces paramètres ont été bien étudiés dans la littérature tels que le système nerveux central, la densité des mécanorécepteurs dans la peau et les seuils de détection vibro-tactile. Ces paramètres ont été étudiés pour comprendre l'affaiblissement de la perception tactile au fil du temps et les différences naturelles entre les hommes et les femmes. Le doigt humain est toujours utilisé pour qualifier la qualité et les propriétés d'une surface. Par conséquent, un panel de différent âge et sexe est toujours utilisé par différents secteurs industriels afin de comprendre les besoins des consommateurs. Cependant, cette méthode est très coûteuse, longue et subjective. L’objectif de ce travail était de développer une méthodologie qui permette d'avoir une objectivation tactile semblable au panel, cela signifie qu'on doit prendre en compte les effets de l'âge et du sexe. Cette thèse a fourni des mesures in vivo pour 40 doigts humains. Nos développements proposent un doigt artificiel capable de mimer le doigt humain, en tenant l’effet de l'âge et du sexe. Pour atteindre notre objectif, nous avons développé plusieurs approches qui combinent à la fois, la topographie multi-échelle du doigt humain, ces propriétés mécaniques anisotropes, les propriétés tribologiques et l’effet de l’aire réelle de contact et la direction du toucher sur la force de frottement et les vibrations générées. Le développement d’un algorithme de traitement du signal, a permis d’identifier des coefficients représentatifs de la qualité de la surface touchée. L’ingénierie de l'émotion a été un autre axe de recherche dans de ces travaux. L’instrumentation du doigt humain avec un dispositif laser-doppler, a permis d’évaluer la qualité tactile des échantillons en fonction de l'émotion générée pendant le processus du toucher. Cette émotion est étudiée par la variation fréquentielle du débit sanguin. Le mise au point d’un doigt artificiel bio-inspiré qui possède des propriétés biophysiques proches du doigt humain, a permis de réaliser un démonstrateur de toucher qui peut intégrer l’âge et le sexe d’un panel. Ce dispositif répond au cahier des charges défini dans le projet ANR «plasticTouchDevice», et permet aux industriels de la plasturgie de mener des expertises de leurs innovations en ayant recours à un dispositif qui permet d’intégrer l’effet de l’âge et du sexe dans la métrologie de la qualité du toucher des matériaux plastiques. / A decline in the main sensory modalities (vision, hearing, taste, and smell) is well reported to occur with advancing age, it is expected a similar change to occur with touch sensation and perception. The tactile perception is influenced by different parameters. Many of those parameters have been well studied in the literature such as central nervous system, the density of mechanoreceptors in the skin and the vibro-tactile detection thresholds. These parameters have been studied in order to understand the weakens of tactile perception over time and the natural differences between men and women. The human finger is always used to qualify the quality and the properties of a surface. Therefore, a panel of different age and gender always used by companies in order to understand the customers’ needs. However, this method is very expensive, time-consuming and subjective. The objective of this work is to give a solution that avoid the limits of the actual method, but in the same time it should keep their advantages (age and gender). This thesis provided in vivo measurements for 40 human fingers. Our developments propose an artificial finger capable of mimicking the human finger, taking into account the effects of age and gender. To achieve our goal, we have developed several approaches that combine the multi-scale topography of the human finger, the anisotropic mechanical properties, the tribological properties, the effect of the real contact area, the direction of touch on the friction force and the vibrations generated by the human finger. The development of a new signal processing algorithm has made it possible to identify coefficients representative of the quality of the affected surface. The engineering of emotion has been another area of research in this work. Instrumentation of the human finger with a laser Doppler device, allowed to evaluate the tactile quality of the samples according to the emotion generated during the process of the touch. This emotion is studied by the frequency variation of the blood flow. The development of a bio-inspired artificial finger that has biophysical properties close to the human finger, has made it possible to realize a haptic touch demonstrator that can integrate the age and gender of a panel. This device meets the specifications defined in the ANR project "PlasticTouchDevice", and allows plastics industry to conduct expertise of their innovations by using a device that allows the integration of the effects of age and of gender in the metrology of the quality of the touch of plastic materials.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Les deux fonctions principales de la main sont la manipulation d’objet et l’exploration tactile. La détection du glissement, rapportée par les mécanorécepteurs de la peau glabre, est essentielle pour l’exécution de ces deux fonctions. Durant la manipulation d’objet, la détection rapide du micro-glissement (incipient slip) amène la main à augmenter la force de pince pour éviter que l’objet ne tombe. À l’opposé, le glissement est un aspect essentiel à l’exploration tactile puisqu’il favorise une plus grande acuité tactile. Pour ces deux actions, les forces normale et tangentielle exercées sur la peau permettent de décrire le glissement mais également ce qui arrive juste avant qu’il y ait glissement. Toutefois, on ignore comment ces forces contrôlées par le sujet pourraient être encodées au niveau cortical. C’est pourquoi nous avons enregistré l’activité unitaire des neurones du cortex somatosensoriel primaire (S1) durant l’exécution de deux tâches haptiques chez les primates. Dans la première tâche, deux singes devaient saisir une pastille de métal fixe et y exercer des forces de cisaillement sans glissement dans une de quatre directions orthogonales. Des 144 neurones enregistrés, 111 (77%) étaient modulés à la direction de la force de cisaillement. L’ensemble de ces vecteurs préférés s’étendait dans toutes les directions avec un arc variant de 50° à 170°. Plus de 21 de ces neurones (19%) étaient également modulés à l’intensité de la force de cisaillement. Bien que 66 neurones (59%) montraient clairement une réponse à adaptation lente et 45 autres (41%) une réponse à adaptation rapide, cette classification ne semblait pas expliquer la modulation à l’intensité et à la direction de la force de cisaillement. Ces résultats montrent que les neurones de S1 encodent simultanément la direction et l’intensité des forces même en l’absence de glissement. Dans la seconde tâche, deux singes ont parcouru différentes surfaces avec le bout des doigts à la recherche d’une cible tactile, sans feedback visuel. Durant l’exploration, les singes, comme les humains, contrôlaient les forces et la vitesse de leurs doigts dans une plage de valeurs réduite. Les surfaces à haut coefficient de friction offraient une plus grande résistance tangentielle à la peau et amenaient les singes à alléger la force de contact, normale à la peau. Par conséquent, la somme scalaire des composantes normale et tangentielle demeurait constante entre les surfaces. Ces observations démontrent que les singes contrôlent les forces normale et tangentielle qu’ils appliquent durant l’exploration tactile. Celles-ci sont également ajustées selon les propriétés de surfaces telles que la texture et la friction. Des 230 neurones enregistrés durant la tâche d’exploration tactile, 96 (42%) ont montré une fréquence de décharge instantanée reliée aux forces exercées par les doigts sur la surface. De ces neurones, 52 (54%) étaient modulés avec la force normale ou la force tangentielle bien que l’autre composante orthogonale avait peu ou pas d’influence sur la fréquence de décharge. Une autre sous-population de 44 (46%) neurones répondait au ratio entre la force normale et la force tangentielle indépendamment de l’intensité. Plus précisément, 29 (30%) neurones augmentaient et 15 (16%) autres diminuaient leur fréquence de décharge en relation avec ce ratio. Par ailleurs, environ la moitié de tous les neurones (112) étaient significativement modulés à la direction de la force tangentielle. De ces neurones, 59 (53%) répondaient à la fois à la direction et à l’intensité des forces. L’exploration de trois ou quatre différentes surfaces a permis d’évaluer l’impact du coefficient de friction sur la modulation de 102 neurones de S1. En fait, 17 (17%) neurones ont montré une augmentation de leur fréquence de décharge avec l’augmentation du coefficient de friction alors que 8 (8%) autres ont montré le comportement inverse. Par contre, 37 (36%) neurones présentaient une décharge maximale sur une surface en particulier, sans relation linéaire avec le coefficient de friction des surfaces. La classification d’adaptation rapide ou lente des neurones de S1 n’a pu être mise en relation avec la modulation aux forces et à la friction. Ces résultats montrent que la fréquence de décharge des neurones de S1 encode l’intensité des forces normale et tangentielle, le ratio entre les deux composantes et la direction du mouvement. Ces résultats montrent que le comportement d’une importante sous-population des neurones de S1 est déterminé par les forces normale et tangentielle sur la peau. La modulation aux forces présentée ici fait le pont entre les travaux évaluant les propriétés de surfaces telles que la rugosité et les études touchant à la manipulation d’objets. Ce système de référence s’applique en présence ou en absence de glissement entre la peau et la surface. Nos résultats quant à la modulation des neurones à adaptation rapide ou lente nous amènent à suggérer que cette classification découle de la manière que la peau est stimulée. Nous discuterons aussi de la possibilité que l’activité des neurones de S1 puisse inclure une composante motrice durant ces tâches sensorimotrices. Finalement, un nouveau cadre de référence tridimensionnel sera proposé pour décrire et rassembler, dans un même continuum, les différentes modulations aux forces normale et tangentielle observées dans S1 durant l’exploration tactile. / The two most important functions of the hand are object manipulation and tactile exploration. The detection of slip provided by specialized mechanoreceptors in the glabrous skin is essential for the execution of both these functions. During object manipulation, the early detection of incipient slip leads to a grip force increase in order to prevent dropping an object. Slip is also an important aspect of tactile exploration because it greatly increases the acuity of touch perception. In both actions, normal and tangential forces on the skin can describe slip itself but also what occurs just before slip. However, little is known about how these self-generated forces are encoded at the cortical level. To better understand this encoding, we recorded from single neurons in primary somatosensory cortex (S1) as monkeys executed two haptic tasks. In the first task, two monkeys grasped a stationary metal tab with a key grip and exerted shear forces, without slip, in one of four orthogonal directions. Of 144 recorded neurons, 111 (77%) had activity modulated with shear force directions. These preferred shear force vectors were distributed in every direction with tuning arcs varying from 50° to 170°. Also, more than 21 (19%) of these neurons had a firing rate correlated with shear force magnitude. Even if 66 (59%) modulated neurons showed clear slowly adapting response and 45 (41%) other neurons a rapidly adapting response, this classification failed to explain the modulation to force direction and magnitude. These results show that S1 neurons encode force direction and magnitude simultaneously even in the absence of slip. In the second task, two monkeys scanned different surfaces with the fingertips in search of a tactile target without visual feedback. During the exploration, the monkeys, like humans, carefully controlled the finger forces and speeds. High friction surfaces offered greater tangential shear force resistance to the skin that was associated with decrease of the normal contact forces. Furthermore, the scalar sum of the normal and tangential forces remained constant. These observations demonstrate that monkeys control the applied normal and tangential finger forces within a narrow range which is adjusted according to surface properties such as texture and friction. Of the 230 recorded neurons during tactile exploration, 96 (42%) showed instantaneous frequency changes in relation to finger forces. Of these, 52 (54%) were correlated with either the normal or tangential force magnitude with little or no influence from the other orthogonal force component. Another subset of 44 neurons (46%) responded to the ratio between normal and tangential forces regardless of magnitude. Namely, 29 neurons (30%) increased and 15 (16%) others decreased their discharge frequency related to this ratio, which corresponds to the coefficient of friction. Tangential force direction significantly modulated about half the recorded neurons (112). Of these, 59 (53%) responded to both direction and force magnitude. Of the 102 neurons recorded during exploration of three or more surfaces, 17 (17%) showed increased firing rate with increased surface friction and 8 (8%) presented the opposite behavior. However, 37 (36%) neurons seemed to discharge optimally for one of the surfaces without any linear relation to the surfaces’ coefficient of friction. The classification of rapidly and slowly adaptation for neuronal responses in S1 could not be associated with the modulation to forces or direction. These results show that the firing rates of S1 neurons reflect the tangential and normal force magnitude, the ratio of the two forces and the direction of finger movement. These results show that the activity of a significant subpopulation of S1 neurons is represented by normal and tangential forces on the skin. This force modulation uses a frame of reference that can be applied with or without slip. This aspect provides a link between investigations of the cortical representation of surface properties and studies on object manipulation. Our results regarding the distinction between rapidly and slowly adapting neurons leads us to suggest that this difference is a consequence of the manner in which the skin was stimulated. A potential motor component in the modulation of S1 neurons during these sensorimotor tasks is also discussed. Finally, a novel three-dimensional reference frame is proposed to describe, as a single continuum, the different modulations to forces observed in S1 during tactile exploration.

La texture des surfaces est tactilement perçue principalement par les vibrations générées lors du glissement de nos doigts sur celles-ci. Malgré sa prévalence quotidienne, l'étude de l'interaction du doigt avec une texture, dans le cadre de la réalité virtuelle, n'a pas été approfondie en détail. Cette thèse explore une partie des facteurs qui contribuent à la mécanique de l'interaction entre un doigt et une surface avec pour objectif sa reproduction artificielle. L'enregistrement et la reproduction des textures tactiles sont premièrement discutés, accompagnés de la conception d'un appareil capable de précisément mesurer la force d'interaction émanant de la friction d'un doigt qui glisse. Le même dispositif piézoélectrique fut employé pour déformer à haute vitesse le bout du doigt, dans le but de reproduire la présence d'une texture. Ce travail est une nouvelle approche pour simuler la rugosité et la texture d'une surface virtuelle. La question de l'enregistrement et de la reproduction des surfaces texturées a motivé l'étude du comportement mécanique du bout du doigt. Cette étude révèle que le bout des doigts se comporte comme un ressort élastique dans les basses fréquences, et qu'après une fréquence de coupure d'environ 100 Hz, la réponse est dominée par l'amortissement visqueux, un fait qui n'a jamais été directement observé auparavant. Ensuite, les spécificités des signaux vibratoires créés par le frottement d'un doigt sur plusieurs textures furent analysées. L'expression des fluctuations de la force de friction en fonction de l'espace plutôt que du temps, indique que plusieurs caractéristiques du signal peuvent jouer un rôle majeur dans la perception tactile des textures. Cette thèse met en lumière l'importance de la mécanique et de la biomécanique pendant l'exploration haptique des surfaces et leur potentielle contribution à la perception. Collectivement, les résultats présentés dans cette thèse sont utiles pour la conception de meilleurs systèmes de réalité virtuelle et à d'autres applications.

Les deux fonctions principales de la main sont la manipulation d’objet et l’exploration tactile. La détection du glissement, rapportée par les mécanorécepteurs de la peau glabre, est essentielle pour l’exécution de ces deux fonctions. Durant la manipulation d’objet, la détection rapide du micro-glissement (incipient slip) amène la main à augmenter la force de pince pour éviter que l’objet ne tombe. À l’opposé, le glissement est un aspect essentiel à l’exploration tactile puisqu’il favorise une plus grande acuité tactile. Pour ces deux actions, les forces normale et tangentielle exercées sur la peau permettent de décrire le glissement mais également ce qui arrive juste avant qu’il y ait glissement. Toutefois, on ignore comment ces forces contrôlées par le sujet pourraient être encodées au niveau cortical. C’est pourquoi nous avons enregistré l’activité unitaire des neurones du cortex somatosensoriel primaire (S1) durant l’exécution de deux tâches haptiques chez les primates. Dans la première tâche, deux singes devaient saisir une pastille de métal fixe et y exercer des forces de cisaillement sans glissement dans une de quatre directions orthogonales. Des 144 neurones enregistrés, 111 (77%) étaient modulés à la direction de la force de cisaillement. L’ensemble de ces vecteurs préférés s’étendait dans toutes les directions avec un arc variant de 50° à 170°. Plus de 21 de ces neurones (19%) étaient également modulés à l’intensité de la force de cisaillement. Bien que 66 neurones (59%) montraient clairement une réponse à adaptation lente et 45 autres (41%) une réponse à adaptation rapide, cette classification ne semblait pas expliquer la modulation à l’intensité et à la direction de la force de cisaillement. Ces résultats montrent que les neurones de S1 encodent simultanément la direction et l’intensité des forces même en l’absence de glissement. Dans la seconde tâche, deux singes ont parcouru différentes surfaces avec le bout des doigts à la recherche d’une cible tactile, sans feedback visuel. Durant l’exploration, les singes, comme les humains, contrôlaient les forces et la vitesse de leurs doigts dans une plage de valeurs réduite. Les surfaces à haut coefficient de friction offraient une plus grande résistance tangentielle à la peau et amenaient les singes à alléger la force de contact, normale à la peau. Par conséquent, la somme scalaire des composantes normale et tangentielle demeurait constante entre les surfaces. Ces observations démontrent que les singes contrôlent les forces normale et tangentielle qu’ils appliquent durant l’exploration tactile. Celles-ci sont également ajustées selon les propriétés de surfaces telles que la texture et la friction. Des 230 neurones enregistrés durant la tâche d’exploration tactile, 96 (42%) ont montré une fréquence de décharge instantanée reliée aux forces exercées par les doigts sur la surface. De ces neurones, 52 (54%) étaient modulés avec la force normale ou la force tangentielle bien que l’autre composante orthogonale avait peu ou pas d’influence sur la fréquence de décharge. Une autre sous-population de 44 (46%) neurones répondait au ratio entre la force normale et la force tangentielle indépendamment de l’intensité. Plus précisément, 29 (30%) neurones augmentaient et 15 (16%) autres diminuaient leur fréquence de décharge en relation avec ce ratio. Par ailleurs, environ la moitié de tous les neurones (112) étaient significativement modulés à la direction de la force tangentielle. De ces neurones, 59 (53%) répondaient à la fois à la direction et à l’intensité des forces. L’exploration de trois ou quatre différentes surfaces a permis d’évaluer l’impact du coefficient de friction sur la modulation de 102 neurones de S1. En fait, 17 (17%) neurones ont montré une augmentation de leur fréquence de décharge avec l’augmentation du coefficient de friction alors que 8 (8%) autres ont montré le comportement inverse. Par contre, 37 (36%) neurones présentaient une décharge maximale sur une surface en particulier, sans relation linéaire avec le coefficient de friction des surfaces. La classification d’adaptation rapide ou lente des neurones de S1 n’a pu être mise en relation avec la modulation aux forces et à la friction. Ces résultats montrent que la fréquence de décharge des neurones de S1 encode l’intensité des forces normale et tangentielle, le ratio entre les deux composantes et la direction du mouvement. Ces résultats montrent que le comportement d’une importante sous-population des neurones de S1 est déterminé par les forces normale et tangentielle sur la peau. La modulation aux forces présentée ici fait le pont entre les travaux évaluant les propriétés de surfaces telles que la rugosité et les études touchant à la manipulation d’objets. Ce système de référence s’applique en présence ou en absence de glissement entre la peau et la surface. Nos résultats quant à la modulation des neurones à adaptation rapide ou lente nous amènent à suggérer que cette classification découle de la manière que la peau est stimulée. Nous discuterons aussi de la possibilité que l’activité des neurones de S1 puisse inclure une composante motrice durant ces tâches sensorimotrices. Finalement, un nouveau cadre de référence tridimensionnel sera proposé pour décrire et rassembler, dans un même continuum, les différentes modulations aux forces normale et tangentielle observées dans S1 durant l’exploration tactile. / The two most important functions of the hand are object manipulation and tactile exploration. The detection of slip provided by specialized mechanoreceptors in the glabrous skin is essential for the execution of both these functions. During object manipulation, the early detection of incipient slip leads to a grip force increase in order to prevent dropping an object. Slip is also an important aspect of tactile exploration because it greatly increases the acuity of touch perception. In both actions, normal and tangential forces on the skin can describe slip itself but also what occurs just before slip. However, little is known about how these self-generated forces are encoded at the cortical level. To better understand this encoding, we recorded from single neurons in primary somatosensory cortex (S1) as monkeys executed two haptic tasks. In the first task, two monkeys grasped a stationary metal tab with a key grip and exerted shear forces, without slip, in one of four orthogonal directions. Of 144 recorded neurons, 111 (77%) had activity modulated with shear force directions. These preferred shear force vectors were distributed in every direction with tuning arcs varying from 50° to 170°. Also, more than 21 (19%) of these neurons had a firing rate correlated with shear force magnitude. Even if 66 (59%) modulated neurons showed clear slowly adapting response and 45 (41%) other neurons a rapidly adapting response, this classification failed to explain the modulation to force direction and magnitude. These results show that S1 neurons encode force direction and magnitude simultaneously even in the absence of slip. In the second task, two monkeys scanned different surfaces with the fingertips in search of a tactile target without visual feedback. During the exploration, the monkeys, like humans, carefully controlled the finger forces and speeds. High friction surfaces offered greater tangential shear force resistance to the skin that was associated with decrease of the normal contact forces. Furthermore, the scalar sum of the normal and tangential forces remained constant. These observations demonstrate that monkeys control the applied normal and tangential finger forces within a narrow range which is adjusted according to surface properties such as texture and friction. Of the 230 recorded neurons during tactile exploration, 96 (42%) showed instantaneous frequency changes in relation to finger forces. Of these, 52 (54%) were correlated with either the normal or tangential force magnitude with little or no influence from the other orthogonal force component. Another subset of 44 neurons (46%) responded to the ratio between normal and tangential forces regardless of magnitude. Namely, 29 neurons (30%) increased and 15 (16%) others decreased their discharge frequency related to this ratio, which corresponds to the coefficient of friction. Tangential force direction significantly modulated about half the recorded neurons (112). Of these, 59 (53%) responded to both direction and force magnitude. Of the 102 neurons recorded during exploration of three or more surfaces, 17 (17%) showed increased firing rate with increased surface friction and 8 (8%) presented the opposite behavior. However, 37 (36%) neurons seemed to discharge optimally for one of the surfaces without any linear relation to the surfaces’ coefficient of friction. The classification of rapidly and slowly adaptation for neuronal responses in S1 could not be associated with the modulation to forces or direction. These results show that the firing rates of S1 neurons reflect the tangential and normal force magnitude, the ratio of the two forces and the direction of finger movement. These results show that the activity of a significant subpopulation of S1 neurons is represented by normal and tangential forces on the skin. This force modulation uses a frame of reference that can be applied with or without slip. This aspect provides a link between investigations of the cortical representation of surface properties and studies on object manipulation. Our results regarding the distinction between rapidly and slowly adapting neurons leads us to suggest that this difference is a consequence of the manner in which the skin was stimulated. A potential motor component in the modulation of S1 neurons during these sensorimotor tasks is also discussed. Finally, a novel three-dimensional reference frame is proposed to describe, as a single continuum, the different modulations to forces observed in S1 during tactile exploration.