Que ce soit à des fins d'amélioration de la performance ou de réhabilitation physique, l'analyse de la condition physique et de la locomotion occupe de nos jours une importante place dans le domaine des soins santé. La récente démocratisation des microcontrôleurs et de leur suite de capteurs a permis la venue de nouvelles modalités d'évaluation de la locomotion (p. ex. l'analyse cinématique avec systèmes inertiels). Ce mémoire présente le développement d'un véhicule autonome de petite taille permettant la capture vidéo d'un participant selon un suivi adaptatif utile à des fins d'analyse du mouvement et la réalisation d'évaluation de la condition physique en dehors des milieux de laboratoires et cliniques (p. ex. Salle instrumentée, tapis roulant). Le robot, fabriqué à faibles coûts, est basé sur la plateforme Raspberry Pi. De façon à conduire une collecte en milieu écologique, celui-ci est placé sur une piste d'athlétisme intérieure sur laquelle il peut se déplacer de manière autonome dans les corridors en suivant les lignes selon un algorithme de reconnaissance visuelle et d'automatisation. L'instrumentation embarquée du véhicule permet l'évaluation du participant en mode « suivi », c'est-à-dire en suivant la cadence en conservant une distance constante et sécuritaire. Le mode meneur de train » impose quant à lui une cadence au participant. Ce mode peut aussi être utilisé à des fins d'analyse de la performance ou d'entrainement. Au cours de ce document, les modalités de conception et de fabrication seront présentées. Les méthodes de vision par ordinateur pour la conduite autonome développée pour un ordinateur à faible coût et de faible puissance seront détaillées. Les résultats d'essais effectués sur une piste d'athlétisme intérieure permettant de démontrer les performances et limitations du véhicule sont présentés. Les résultats obtenus sont discutés. Finalement, de nouvelles approches pour l'évaluation de la condition physique seront proposées. / Whether for performance enhancement or physical rehabilitation, the analysis of fitness and locomotion occupies an important place in today's healthcare. The recent democratization of microcontrollers and their suite of sensors has allowed the emergence of new methods for evaluating locomotion (e.g., kinematic analysis with inertial systems). This dissertation presents the development of an autonomous vehicle of small size allowing the video capture of a participant according to an adaptive tracking that could be used for movement analysis and physical condition evaluations performed outside of laboratory environments and clinics (e.g., Instrumented room, treadmills). The robot, manufactured at low cost, is based on the Raspberry Pi platform. In order to conduct a video data acquisition in an ecological environment, it is placed on an indoor running track on which it can move independently in the corridors by following the lane lines according to a visual recognition and automation algorithm. The onboard instrumentation of the vehicle allows the participant to be evaluated in "follow-up" mode, that is to say by following the pace while maintaining a constant and safe distance with the assessed participant. The "pacesetter" mode, for its part, imposes a pace on the participant. This mode can also be used for performance analysis or training purposes. Throughout this document, the design and manufacturing methods will be presented. Computer vision methods for autonomous driving developed for a low cost, low-power computer will be detailed. The results of tests carried out on an indoor running track to demonstrate the performances and limitations of the vehicle are presented. Finally, new approaches for fitness assessment will be proposed.

Ce projet avait pour but de quantifier, chez cinquante jeunes ayant une déficience motrice cérébrale et marcheurs sans aide, 1) les relations entre la force de muscles du membre inférieur (fléchisseurs et abducteurs des hanches, fléchisseurs et extenseurs des genoux, fléchisseurs dorsaux et plantaires de la cheville) et les capacités locomotrices à la marche (test de marche de six minutes) ainsi que les capacités locomotrices plus exigeantes (10 meter Shuttle Run Test, Timed Up and Down Stairs Test) et 2) les relations entre ces capacités locomotrices et la participation dans les déplacements. Les fléchisseurs et abducteurs des hanches ainsi que les fléchisseurs plantaires ont été retenus comme facteurs explicatifs des résultats aux évaluations de capacités locomotrices. Les résultats pour les capacités locomotrices plus exigeantes expliquaient près de la moitié de la variance de la participation dans les déplacements alors que l'évaluation de la marche n'était pas retenue comme facteur explicatif.

L’objectif de ce mémoire était de comparer le contrôle visuo-locomoteur en fauteuil roulant manuel et motorisé chez des personnes expérimentées en fauteuil roulant. Des individus ayant une lésion de la moelle épinière ont été recrutés, soient plus précisément 12 usagers de fauteuil roulant manuel et 10 de fauteuil roulant motorisé. Les participants devaient naviguer avec leur fauteuil roulant à une vitesse naturelle en ligne droite, lors de changement de direction et lors de contournement d’obstacle. Les résultats n’ont démontré aucune différence entre les groupes concernant le comportement navigationel et la coordination de la réorientation du corps et du fauteuil roulant. Le comportement visuel semblait dépendre davantage des exigences environnementales. Ainsi, les usagers en fauteuil roulant manuel et motorisé ont adopté des stratégies navigationnelles et une coordination temporelle visuo-locomotrice similaires lors de changements de direction et de contournements d’obstacle. Les résultats ont également démontré des similitudes dans la coordination visuo-locomotrice avec la marche bipède, suggérant ainsi une généralisation des stratégies visuo-locomotrices parmi différents modes de locomotion. Ces résultats pourront aider à l’évaluation et à l’entraînement des habiletés en fauteuil roulant manuel et motorisé par les cliniciens, en plus d’aider au développement de technologies d’assistance à la navigation basées sur le contrôle visuo-locomoteur des personnes expérimentées en fauteuil roulant. / The objective of this master’s thesis was to compare the visuo-locomotor control in manual and power wheelchair in experienced wheelchair users. Therefore, individuals with a spinal cord injury were recruited; more precisely 12 manual wheelchair users and 10 power wheelchair users. The participants were asked to navigate with their own wheelchair at natural self-selected speed straight-ahead, while changing direction and while circumventing an obstacle. No difference between groups was found for the navigational behavior as well as for the temporal body and wheelchair coordination. Specific gaze behavior depended predominantly on the environmental demands. In conclusion, manual and power wheelchair users adopted similar navigational strategies and body and wheelchair coordination while changing direction and circumventing an obstacle. These results also demonstrated similarities with visuo-locomotor coordination with biped gait, which suggest a generalization in visuo-locomotor coordination strategies across different locomotor modes. Such results may help evaluating and training WC skills, as well as developing assistive navigational technologies based on one’s natural visuo-locomotor control.

Le traumatisme craniocérébral léger (TCCL) peut entraîner des altérations cognitives, sensorimotrices et neurophysiologiques, qui perdurent quelques jours et à des mois suivant l’impact. Actuellement, les évaluations traditionnelles évaluent ces difficultés de façon isolée, en s’intéressant à la motricité et la cognition séparément. Cela est peu représentatif du fonctionnement de l’individu au quotidien, où les demandes cognitives et sensorimotrices sont souvent simultanées. Des études en laboratoire ont suggéré que les doubles-tâches locomotrices-cognitives sont prometteuses afin de détecter les différences entre des participants contrôles et les individus avec TCCL. Cependant, les études demeurent hétérogènes en termes de tâches utilisées, peu d'entre elles s’intéressent aux variables personnelles influençant la performance aux doubles-tâches et plusieurs proposent des protocoles qui ne sont pas transférables en clinique. Cette thèse vise donc à investiguer la sensibilité des doubles-tâches à la fois en laboratoire (étude 1) et dans un contexte clinique (étude 2). La première étude, menée en laboratoire de marche, avait comme objectifs de (1) comparer la performance motrice et cognitive chez des participants TCCL et contrôles en utilisant différentes combinaisons de doubles-tâches et (2) corréler l’historique d’impacts subis avec la performance en double-tâche. De façon exploratoire, les liens entre la performance neuropsychologique avec la performance en double-tâche ont été étudiés. Dixhuit participants avec TCCL (13 femmes; âge 21.89 ±3.76, 59.56 jours post-TCCL ±24.12) et quinze participants contrôles en santé (9 femmes; âge 22.20 ±4.33) ont été recrutés. Le système d’analyse de capture du mouvement (Vicon) a été utilisé pour mesurer les paramètres de marche. Une batterie neuropsychologique a évalué la fluidité verbale, les fonctions exécutives, la mémoire et l’attention des participants. L’évaluation physiologique comprenait la force de préhension, la coordination, ainsi que l’équilibre statique et dynamique. Les symptômes subjectifs ont également été évalués. Dans un corridor de marche de 6 mètres, les participants effectuaient 3 conditions locomotrices; (1) marche à niveau, (2) marche à niveau et enjamber un obstacle profond (15 cm x 15 cm); (3) marche à niveau et enjamber un obstacle mince (15 cm x 3 cm), et 3 conditions cognitives; 1) compte à rebours par deux, (2) fluidité verbale et (3) tâche de Stroop. Ces tâches étaient effectuées en simples et doubles-tâches. En moyenne deux mois post-TCCL, aucune différence significative n’a été trouvée entre les groupes sur les résultats neuropsychologiques. L’évaluation physiologique a révélé que les participants TCCL avaient une vitesse de marche plus lente et plus instable que le groupe contrôle. L’expérimentation en doubletâche a démontré que le groupe TCCL avait une vitesse de marche plus lente, autant en tâche simple qu’en double-tâche, ainsi que des temps de réponse plus lents. Aucune combinaison de tâches ne s’est révélée plus sensible pour distinguer les groupes. La deuxième étude avait comme objectif de comparer des participants avec TCCL à un groupe contrôle en utilisant des technologies de base dans un contexte clinique. Vingt participants avec TCCL (10 femmes; âge 22.10 ±2.97, évalués en moyenne 70.9 jours post- TCCL ±22.31) et vingt participants contrôles (10 femmes; âge 22.55 ±2.72) ont été recrutés. Les symptômes subjectifs, l’historique d’impacts subis à la tête, une courte batterie neuropsychologique et des échelles de fatigue et de concentration pendant l’expérimentation ont été utilisées. L’expérimentation se déroulait dans un corridor de 10 m où les participants effectuaient deux allers-retours. Trois tâches locomotrices ont été employées : (1) marche à niveau, (2) marche à niveau et enjamber trois obstacles, (3) et marche en tandem. Deux tâches cognitives ont été employées : (1) un compte à rebours par 7, (2) et une tâche de fluidité verbale. Ces tâches étaient effectuées en simple et doubletâche. Un chronomètre et une grille d’observation servaient à colliger les mesures. Les résultats indiquent que le groupe TCCL démontrait des plus grands coûts de la double-tâche pour la vitesse de marche comparativement aux participants contrôles. De plus, les participants du groupe TCCL rapportaient être moins concentrés pendant les doublestâches. Cette thèse souligne la pertinence des protocoles en doubles-tâches, qui représenteraient une façon simple et sensible de révéler des altérations résiduelles potentielles après un TCCL. Plus de travail est nécessaire pour identifier les caractéristiques personnelles ayant une influence sur la performance en double-tâche. Une réflexion sur la façon d’élaborer des protocoles en considérant les restrictions et besoins de la clinique est nécessaire en vue de poursuivre la recherche sur les doubles-tâches. / Mild traumatic brain injury (mTBI), also known as concussion, can cause cognitive, sensorimotor and neurophysiological alterations which can be observed days and even months post-injury. Presently, mTBI clinical assessments are often focused on either cognitive deficits or physical function separately. Evaluating these spheres of function in isolation, however, is not always ecological enough to capture how an individual will function in day-to-day life where cognitive and sensorimotor demands are often simultaneous. Recent laboratory-based studies have suggested that dual-tasks combining motor and cognitive tasks are a promising way to detect differences between healthy participants and individuals having sustained mTBI. However, studies are very heterogeneous in terms of tasks used and variables measured, few of them focus on variables that could influence dual-task performance and many are not readily transferable to a clinical setting. This doctoral thesis aimed at identifying a sensitive, ecologically valid dual-task protocol combining locomotor and cognitive demands to evaluate the residual effects of mTBI both in a laboratory environment (Study 1) and a clinical setting (Study 2). Using gait laboratory measures, the first study’s objectives were (1) to compare performance on cognitive and gait parameters using different dual-tasks in healthy controls and young adults with mTBI, and (2) to examine the effect of number of mTBIs sustained on dual-task performance. Exploratory correlations to investigate relationships between neuropsychological testing and dual-task performance were also calculated. Eighteen participants with mTBI (13 women; age 21.89 ±3.76, on average 59.56 days post-injury ±24.12) and fifteen control participants (9 women; age 22.20 ±4.33) were recruited. A battery of neuropsychological tests was used to assess verbal fluency, executive function, memory and attention. A physiological examination comprised assessment of grip strength, upper-limb coordination, as well as static and dynamic balance. Subjective symptoms were also assessed. A 9-camera motion analysis system (Vicon) was used to characterize gait. Participants were asked to walk along a 6-meter walkway during three conditions of locomotion: (1) level-walking, (2) walking and stepping over a deep obstacle (15 cm high x 15 cm deep), and (3) walking and stepping over a narrow obstacle (15 cm high x 3 cm deep) and three cognitive conditions: (1) Counting backwards by 2s, (2) Verbal fluency, and (3) Stroop task. These tasks were performed in combination and as single tasks. No significant differences were found between groups on neuropsychological tests, but the physiological examination revealed that the mTBI group had slower gait speed and were more unstable than the control group. The dual-task experimentation showed that mTBI had slower gait speed, in both single and dual-tasks, and slower response time during dualtasks. No combination of dual-task was revealed to be more sensitive to distinguish groups. In a clinical-like setting, the second study’s objective was to compare mTBI individuals with healthy controls, using accessible technology to assess performance. Twenty participants with mTBI (10 women; age 22.10 ±2.97, 70.9 days post-injury ±22.31) and 20 control participants (10 women; age 22.55 ±2.72) were recruited. Subjective symptoms, history of impacts, a short neuropsychological battery and subjective fatigue and concentration symptoms during experimentation were used to characterized groups. Participants walked back and forth two times along a 10 m long corridor, during two locomotor conditions: (1) level-walking or (2) walking and stepping over three obstacles and two cognitive conditions; (1) Counting backwards by 7s, and (2) Verbal fluency. These tasks were performed in combination and as single-tasks. Only a stopwatch and an observation grid were used to assess performance. Participants reported being significantly less concentrated during dual-task experimentation. Significantly greater dual-task cost for gait speed in the mTBI group were observed, which demonstrated increased difficulty in dual-task, even more than two months following the injury. This thesis highlights that dual-task protocols combining locomotor and cognitive tasks could represent a simple, practical and sensitive way for clinicians to detect residual alterations even months following mTBI. More work is needed to identify personal characteristics, such as mTBI history, that could influence performance. A reflection on how protocols could be developed according to clinical restrictions and needs is much required in order to pursue research of dual-tasks.

L’objectif général de cette thèse est de développer des modèles mécanistes de l’utilisation de l’espace qui sont basés sur les déplacements des animaux, afin de comprendre et d’anticiper la répartition spatiale des populations animales dans des environnements hétérogènes et dynamiques. J’utilise et je développe des méthodologies qui intègrent autant la modélisation mathématique de la dynamique spatio-temporelle des déplacements que des analyses statistiques de données simulées et empiriques de déplacement. Dans mon premier chapitre, j’effectue une série de simulations afin de clarifier combien de grappes sont nécessaires lors d’une estimation par équations d’estimation généralisées, pour correctement tenir compte de la corrélation dans les données de déplacement et obtenir des inférences robustes sur la sélection de l’habitat. Mes simulations révèlent que 30 individus indépendants, chacun étant assigné à une grappe, suffisent pour éviter la mesure biaisée de l’incertitude sur la sélection de l’habitat lors des déplacements dans un environnement hétérogène. Dans le cas où moins de 30 individus sont disponibles, il est possible d’augmenter le nombre de grappes en divisant les données des individus, cependant il faut s’assurer de la présence d’une autocorrélation temporelle et d’une faible hétérogénéité interindividuelle dans les données. Dans mon deuxième chapitre, je développe un modèle statistique de déplacement permettant d’identifier différentes phases comportementales par lesquelles passent les individus (p. ex., alimentation, déplacements entre les parcelles de ressource) et de révéler la sélection de l’habitat spécifique à chaque phase, pour l’ensemble de la population et à partir de données collectées irrégulièrement. L’analyse de données simulées et empiriques de déplacement de trois grands herbivores dont le bison des prairies (Bison bison bison), le cerf à queue noire (Odocoileus hemionus) et le zèbre des plaines (Equus quagga) démontrent la robustesse et la bonne capacité de prévision du modèle. Cet outil statistique est également flexible puisque j’évalue différents processus écologiques à partir de ces données tels que l’alimentation, la migration ou encore les réponses comportementales face à un prédateur. De plus, je montre la nécessité de tenir compte des phases comportementales pour correctement caractériser la sélection de l’habitat lors des déplacements des animaux. Le développement mathématique que j’ai effectué dans mon troisième chapitre permet de coupler les déplacements des individus au sein d’un réseau de parcelles de ressources et le temps de résidence dans les parcelles afin de prévoir, de façon mécaniste, la répartition spatiale d’une population dans un environnement hétérogène. De plus, j’illustre une méthodologie pour identifier et prévoir le réseau théorique le plus représentatif de l’espèce étudiée. Je démontre à partir de l’application du modèle aux données de bisons des prairies, que la topologie du réseau théorique est cruciale pour correctement anticiper l’utilisation de l’espace d’une population, ainsi que pour implémenter des plans de gestion ou de conservation les plus réalistes possibles. Dans mon chapitre 4, je teste empiriquement la robustesse d’un réseau de parcelles de ressources lorsque celui-ci est perturbé par une fragmentation anthropique du paysage. Les résultats révèlent que les caribous des bois (Rangifer tarandus caribou) reconnectent certaines parcelles favorisant ainsi la robustesse du réseau. Cependant, les prévisions de la répartition spatiale des individus obtenues en utilisant le modèle mécaniste développé dans le chapitre 3 démontrent que, malgré la reconnexion, l’utilisation des parcelles de ressources par les caribous change suite à la perturbation. De plus, ce changement est plus soutenu lorsque ce sont les parcelles les plus connectées (c.-à-d., les pôles) qui sont fragmentées. Ma thèse apporte une contribution méthodologique pour mieux tenir compte de la corrélation dans les données de déplacement et intégrer les phases comportementales lors de l’analyse de la sélection de l’habitat dans des paysages hétérogènes. Mon travail permet aussi de faire le lien entre la théorie des réseaux et l’utilisation de l’espace pour prévoir d’une façon mécaniste la répartition spatiale des populations animales dans des environnements hétérogènes et dynamiques. Mon doctorat donne également lieu à une évaluation du contexte dans lequel la théorie des réseaux peut s’appliquer à l’écologie spatiale. Finalement, ma thèse vient améliorer notre compréhension mécaniste des déplacements de quatre espèces de grands herbivores. / In my thesis, I develop mechanistic models of space use based on animal movement, to understand and to predict population distribution in heterogeneous and dynamic landscapes. Used and developed methodologies couple mathematical modelling of the spatio-temporal dynamics of animal movement together with statistical analysis of simulated and empirical movement datasets. In my first chapter, I proceed in a series of simulations to clarify how many clusters are needed when using generalized estimating equations to correctly account for the correlation in movement data and to obtain robust inference on habitat selection. My simulations reveal that 30 independent individuals, each assigned to a cluster, are sufficient to avoid biased evaluation of the uncertainty on habitat selection along movement in heterogeneous environments. When less than 30 individuals are available, destructive sampling can be used but solely when temporal correlation is present and inter-individual heterogeneity is low in the data. In my second chapter, I develop a statistical movement model that allows to identify successive behavioral phases (e.g., foraging phase, inter-patch movement) together with behavior-specific habitat selection parameters, over the whole population and using temporally irregular data. Analysis of simulated and empirical movement data from three large herbivores including plains bison (Bison bison bison), mule deer (Odocoileus hemionus) and plains zebra (Equus quagga) show the robustness and the high predictive capacity of the model. This statistical tool is also flexible since I assess multiple ecological processes from those datasets such as foraging behavior, migratory behavior or prey-predator interactions. In addition, I show how accounting for behavioral phases in habitat selection analysis is crucial to correctly characterize habitat selection along animal movement. In my third chapter, I develop a mathematical framework to couple movement of individuals among a network of resource patches with residency time in patches to mechanistically predict space use in heterogeneous landscapes. In addition, I illustrate a methodology to identify and predict the most representative theoretical network for the target species. I show from model application on data of plains bison that the theoretical network topology is crucial to correctly infer population space use and implement realistic management and conservation planning. In my chapter 4, I empirically assess the robustness of a network of resource patches following landscape fragmentation from anthropogenic source. The analysis shows that woodland caribou (Rangifer tarandus caribou) reconnect some patches, thus causing robustness in their spatial networks. However, predictions on space use from the mechanistic model developed in chapter 3 reveal that, despite the rewiring, patch use change following the fragmentation. Moreover, this change is stronger when the most connected patches (i.e., the hubs) are impacted. My thesis provides a methodological contribution to better account for correlation in movement data and integrate behavioral phases in habitat selection analysis in heterogeneous landscapes. Besides, my work links network theory and space use to mechanistically predict population distribution in heterogeneous and dynamic environments. My research also assesses the context in which network theory can be applied to spatial ecology. Finally, my thesis improves our mechanistic understanding of animal movement in four species of large herbivores.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Le travail accompli au cours de mes études de doctorat permet de mieux comprendre l'organisation et le mode d'opération du cortex moteur. Les études rapportées dans cette thèse décrivent la relation entre l'activité du cortex moteur primaire et l'activité motrice qu'elle génère. Elles lèvent le voile sur certaines interactions intrinsèques du cortex moteur et apportent ainsi des éclaircissements importants sur son mode de fonctionnement. Cette thèse est d'abord constituée d'une introduction présentant l'organisation générale des structures impliquées dans le contrôle des mouvements. Elle comprend également quelques discussions sur des études antérieures pertinentes aux projets de recherches présentés par la suite. Ceux-ci constituent le corps de la thèse. Ils sont présentés sous forme de trois articles, rédigés en anglais. Le premier couvre plusieurs propriétés d'entrée-sortie du cortex moteur du chat sous anesthésie. Différentes conditions d'activation corticale sont analysées et mises en relation avec les réponses motrices afin d'évaluer les caractéristiques du contrôle corticomoteur. Le second article discute des interactions entre les sorties motrices de deux points du cortex moteur. Il y est démontré que l'activité musculaire et les mouvements évoqués par l'activation corticale simultanée de deux points corticaux se combinent de façon linéaire. Quant au troisième article, il traite d'un mécanisme de couplage fonctionnel entre les points corticaux impliquant la levée d'inhibition. Les résultats présentés prouvent qu'il est possible pour deux points corticaux contrôlant des muscles antagonistes d'interagir et de combiner leur sorties motrices. Le dernier chapitre de la thèse comprend d'abord la présentation de données anatomiques du cortex moteur permettant de mieux comprendre et d'évaluer les principaux résultats obtenus lors de mon doctorat. Il est complété par une discussion générale apportant une interprétation plus élaborée des résultats obtenus, tout en les plaçant dans un contexte plus large. Il s'en dégage une vue d'ensemble rassemblant toutes les observations rapportées dans cette thèse et résumant l'avancement scientifique qu'elle apporte.

Thèse effectuée en cotutelle (Université de Poitiers, France) / Introduction – Le vieillissement est associé à une augmentation du coût énergétique de la locomotion (CE) et à une diminution de la consommation maximale d’oxygène (V ̇O2max). De plus, les qualités neuromusculaires semblent aussi compromises chez les aînés. Ces phénomènes contribuent au ralentissement de la vitesse de marche spontanée et peuvent altérer la qualité de vie. En plus de ces qualités physiques, il est reconnu que les fonctions cognitives déterminent la mobilité. En effet, la capacité de combiner une tâche motrice (locomotion) à une tâche cognitive est associée à une réduction du risque de chuter. Objectif – L’objectif de cette thèse était de préciser les relations entre la mobilité, la condition physique et les fonctions cognitives dans une perspective de vieillissement sain. Résultats – Une étude méthodologique a été présentée pour spécifier les modalités d’évaluation du CE. Les résultats ont démontré que le CE est plus élevé lorsque la mesure est effectuée sur tapis roulant en comparaison avec une mesure directement au sol. Il a aussi été suggéré que le niveau d’assocation entre les deux modalités était insatisfaisant. Ainsi, lorsque la mesure sur tapis roulant est nécessaire, elle doit idéalement être accompagnée d’un test de marche au sol pour améliorer la validité externe. Ensuite, une approche transversale a été utilisée afin de préciser les déterminants de la condition physique associés à une meilleure mobilité et à un profil cognitif favorable. En plus de la V ̇O2max, une force élevée caractérisait les individus qui présentaient les meilleures performances dans une tâche de flexibilité cognitive. Il a aussi été démontré que des tests cliniques comme le Timed up and go et la vitesse maximale de marche sur 10 mètres pouvaient être utilisés pour discriminer les individus qui présentent les profils physiques et cognitifs les moins favorables. Enfin, une étude d’intervention a été proposée afin de vérifier si un entraînement de l’aptitude aérobie et de la force visant une augmentation de la V ̇O2max et la réduction du CE allait permettre de meilleures performances cognitives lors d’une double tâche (motrice et cognitive). Les résultats démontrent, malgré que ce type d’intervention semble favoriser de meilleures performances en inhibition, qu’un programme visant le développement des habiletés motrices globales est aussi efficace pour induire des améliorations en inhibition. Conclusion – Ces résultats confirment la pertinence de l’évaluation d’un ensemble de déterminants de la condition physique allant de l’aptitude aérobie aux qualités neuromsuculaires dans le suivi de la santé physique et cognitive des aînés. Des tests cliniques accessibles sont proposés afin de contribuer à un premier diagnostic physique et cognitif qui saura être confirmé par des mesures plus exhaustives. Par ailleurs, il est aussi suggéré que plusieurs interventions peuvent être proposées pour améliorer les fonctions cognitives. Malgré que l’entraînement de l’aptitude aérobie et des qualités de force soit le seul à induire des améliorations de la condition physique, il n’en demeure pas moins qu’un programme de développement des habiletés motrices puisse représenter une avenue intéressante dans le cas où les individus étaient au préalable très sédentaires. / Introduction – Aging is characterized by an increase in the energy cost of locomotion (ECL) and a decrease in maximal oxygen uptake (V ̇O2max). It also appears that neuromuscular performances are jeopardized in older adults. Taken together, these phenomena contribute to a slower gait speed, which could reduce quality of life. Moreover, it was shown that cognition was also a key determinant of mobility performances. Indeed, the ability to execute simultaneously two tasks (motor and cognitive) was associated with a lower risk of falling. Objective – The objective of this thesis was to specify the relationships between mobility, physical fitness and cognition in a perspective of healthy aging. Results – A study was conducted to clarify the ECL testing methods. Results demonstrate a higher ECL when testing occurs on a treadmill in comparison to an overground measure. Moreover, it was shown that the association level was unsatisfying between the two testing modes. It was concluded that, when a treadmill testing is necessary, a complementary functional walking test should be implemented to increase external validity in data interpretation. Afterwards, a cross-sectional analysis was used to determine the physical fitness factors associated with better cognitive and mobility performances. Along with V ̇O2max, higher levels of strength were related to the fastest individuals both in mobility and in cognitive flexibility. Also, it was shown that clinical tests like the Timed up and go and the maximal walking speed over 10 meters were able to distinguish individuals with poorer physical fitness and cognitive performances. Finally, an intervention study was proposed to verify the effects of a combined aerobic and strength training program on physical fitness and cognition. It was hypothesized that reducing the ECL and increasing V ̇O2max would induce better cognitive performances during a dual-task (motor and cognitive). Results showed that this intervention improved inhibition performances. However, data also suggested that a training program aiming for gross motor abilities development was as efficient as the fitness training intervention to improve inhibition. Conclusion – Taken together, these results confirm the relevance of a complete physical fitness assessment in an healthy aging perspective including both aerobic and neuromuscular components. Convenient clinical tests are also proposed to establish a first physical and cognitive diagnosis, which will be confirmed by subsequent more exhaustive tests. Moreover, it was suggested that many interventions were leading to better cognitive performances. Along with aerobic and strength training which is a privileged method to improve physical fitness, programs aiming for gross motor abilities development could also be implemented, especially in a context where individuals are particularly sedentary.

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) touche un garçon sur 3500, contraint à l'usage du fauteuil roulant à l'âge de 10 ans, et entraîne le décès à une vingtaine d'années. Cette maladie demeure incurable, et les pistes thérapeutiques envisagées nécessitent d'être validées en amont, dans les modèles murins, puis au stade pré-clinique, dans les modèles canins.L'un d'eux, le chien GRMD (Golden Retriever Muscular Dystrophy), est le plus largement utilisé, et présente l'intérêt de partager, avec le patient qu'il modélise, de nombreuses similitudes génotypiques et phénotypiques. Les différentes fonctions touchées doivent donc pouvoir faire l'objet de mesures objectives et quantitatives, à l'aide d'outils dédiés. Par ailleurs, une problématique inhérente à l'utilisation de ce modèle est sa grande variabilité sur le plan phénotypique.L'objectif du travail mené ici a été de développer des outils d'évaluation du chien GRMD, afin de mieux connaître et maîtriser cette hétérogénéité clinique.La mesure de force de flexion du tarse a permis de démontrer que la force tétanique maximale pouvait être utilisée comme indice d'évaluation à différents stades de la maladie, sans que le déficit de force musculaire puisse être relié à l'atteinte motrice globale. De plus, la relaxation s'est avérée altérée chez les chiens GRMD, en corrélation avec leur atteinte motrice.La locomotion, évaluée par accélérométrie tri-dimensionnelle, a pu montrer des altérations multiples, mesurées par différentes variables. Certaines variables sont altérées de manière précoce, tandis que d'autres anomalies s'installent durant les premiers mois, traduisant l'aggravation de la fonction locomotrice.La dysfonction respiratoire, évaluée par spirométrie en respiration de Tidal, et cinématique diaphragmatique sur images radioscopiques, a également pu être objectivée par différents indices. Une moindre mobilité diaphragmatique, une rétraction caudale du diaphragme, et un effondrement du débit expiratoire en fin d'expiration, s'installent au cours des premiers mois.Afin de contrôler l'hétérogénéité clinique ainsi mesurée, une recherche de marqueurs prédictifs de l'évolution clinique a été menée. Différents indices histologiques et cliniques ont été évalués sur leur valeur pronostique à un stade précoce. La fréquence des cycles locomoteurs à 2 mois et le défaut de relaxation à 4 mois se sont avérés prédictifs de formes accélérées.Enfin, les différents outils mis en place ont été évalués dans le cadre du suivi d'animaux au cours d'un essai thérapeutique, qui a, de plus, permis de disposer d'une population de référence sous traitement immunosuppresseur. Une amélioration fonctionnelle des animaux traités a pu être démontrée par nombre des indices mesurés.Ces résultats démontrent que les outils développés sont utilisables au cours d'essais pré-cliniques, et permettent, malgré l'hétérogénéité clinique qu'ils mesurent, de démontrer un bénéfice fonctionnel. Plus largement, ces données permettent d'optimiser l'utilisation pré-clinique du modèle GRMD. / Duchenne Muscular Dystrophy (DMD) affects one boy over 3500 at birth. The affected individuals are wheelchair-bound at about 10 years, and death occurs in the early twenties. DMD remains incurable, and therapeutic strategies need to be validated in murine models, and, subsequently, at the preclinical stage, in canine models.Among the existing canine models, the GRMD (Golden Retriever Muscular Dystrophy) dog is the most widely used. The strong genotypic and phenotypic similarities it shares with DMD patients make this model of great interest. The many affected functions must therefore be reliably measured using dedicated tools, providing objective and quantitative evaluation. Moreover, the wide phenotypic heterogeneity peculiar to this model may compromise its use in preclinical studies.The aim of the present work was to develop evaluation tools for the GRMD dog, in order to better know and handle this clinical variability.The measurement of the contraction force generated by tarsal flexion has shown that the maximal tetanic force could be used as an evaluation index, at different stages of the disease. However, no correlation with the global motor impairment could be found. Conversely, the relaxation has shown to be altered in GRMD dogs, and correlated with the motor impairment.The locomotion was evaluated using three-dimensional accelerometry. This method allowed the measurement of several variables, some of which being early impaired, and some others being altered in a more progressive fashion, reflecting the degradation of the locomotor function.The respiratory impairment has been evaluated by diaphragmatic kinematics using radioscopic acquisitions and by Tidal-breathing spirometry. The diaphragm was shown to be less mobile, and to be caudally displaced. The end-expiration flows were decreased. These abnormalities progressed during the first months.In order to better handle the clinical heterogeneity, some markers able to predict the clinical evolution were looked for. The prognostic value of many histological and clinical indexes at an early stage has been evaluated. The stride frequency at the age of 2 months, as well as the relaxation impairment at the age of 4 months succeeded in predicting severe accelerated forms.Finally, the developed tools have been tested in the context of a clinical follow-up during a therapeutic trial. This trial also aimed to provide a reference-group of GRMD dogs treated with immunosuppressive drugs. Several indexes have demonstrated a clinical improvement of the treated animals.These results show that the developed tools are useable during preclinical trials and allow to quantitatively highlight a functional improvement, despite the clinical heterogeneity. More widely, these data will lead to an optimization of the preclinical use of GRMD dogs.

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

Ein System zur automatischen Erfassung der Klauengesundheit von Milchkühen kann durch möglichst frühzeitige präventive und kurative Eingriffe sowohl das Tierwohl steigern als auch ökonomische Verluste minimieren. Ziel war die Entwicklung eines automatischen Systems, dass mittels 3D Sensordaten die Rückenkrümmung einer Kuh erfassen kann und einen entsprechenden Locomotion Score ausgibt. In dieser Studie wurden von August bis Dezember 2016 auf einem Milchviehbetrieb mit Boxenlaufstallhaltung 200 Kühe der Rasse Deutsche Holstein automatisch von einem System nach Verlassen des Melkstandes erfasst. Das System bestand aus zwei RFID-Antennen zur Tiererkennung, einem 3D Sensor zur Lahmheitsbeurteilung und zwei 2D Kameras zur visuellen Bonitur und Validierung. Anhand der 2D Videos wurde nach der Methode von SPRECHER et al. (1997) für 1489 Datensätze ein Locomotion Scores vergeben. Im 2,5D-Tiefenbild wurden zunächst die Hüfthöcker als höchste, äußerste Punkte im Bild identifiziert. Ausgehend von einer Verbindungslinie zwischen den Hüfthöckern, wurde die Wirbelsäule als Polylinie der höchsten Punkte in Richtung Bildanfang ermittelt. Im 3D-Raum wurde dann an die gefundene Rückenlinie ein Kreis approximiert, dessen Radius umgekehrt proportional zur Krümmung des Kuhrückens ist. Der Vergleich der visuell vergebenen und der automatisch gemessenen Scores ergab für das Modell mit fünf Stufen eine Übereinstimmung von 59 % und für das Modell mit drei Stufen 65 %. Die Korrelation nach Spearman (rs = 0,73) zeigte einen deutlichen Zusammenhang zwischen den berechneten und den visuellen Scores. Mit einer Genauigkeit von 82 % wurden 96 % der lahmen Kühe auch als lahm erkannt. Die größte Übereinstimmung wurde für den Locomotion Score 2 erreicht (80 %). In dieser Arbeit wurde ein automatisches System entwickelt, welches durch die Berechnung der Krümmung der Rückenlinie insbesondere beginnende Lahmheiten sehr gut erkennen kann. / A system for automatic detection of lameness in dairy cows can increase animal welfare as well as minimize economic losses through early preventative and curative treatments. The aim of this study was to develop an automatic system that uses 3D sensor data to detect the spine curve of a cow and generate a corresponding locomotion score. In the present study 200 German Holstein cows housed in a free stall barn were recorded via an automatic system after leaving the milking parlour from August to December 2016 on a dairy farm. The system consisted of two RFID-antennas, a 3D depth camera for automatic lameness detection and two standard 2D cameras for visual classification and validation. An amount of 1,489 2D sets of data were locomotion scored according to the method of SPRECHER et al. (1997). Locomotion Score 1 was used to score a healthy cow and Locomotion Score 2 – 5 for lameness with increasing severity. In the analysis five levels (score 1 – 5) as well as three levels (score 1, 2, and ≥ 3) were compared. In the 2.5D depth image the hip joints were identified as the highest, outermost points in the image. Starting from a connection line between the hip joints, the spine was determined as a polyline of the highest points in anterior direction. On the 3D surface, a circle was approximated to the detected back line whose radius is inversely proportional to the curvature of the cow´s back. A comparison of the visually assigned and automatically detected scores showed a 59 % match of the five-level model and 65 % for the three-level model. The Spearman correlation (rs = 0.73) showed a clear correlation between the calculated and the visual scores. With an accuracy of 82 %, 96 % of lame cows were identified as lame. The highest agreement was reached for locomotion Score 2 (80 %). In the present study an automatic system was developed, which can recognize in particular beginning lameness by calculating the curvature of the back.