Cette thèse propose une approche pour générer un mouvement corps complet avec contacts non coplanaires, permettant à un robot de se déplacer dans un environnement, de manipuler des objets complexes ou de collaborer avec différents agents. Les méthodes développées dans cette thèse tentent de prendre en compte une grande variété de robots, de l'humanoïde au manipulateur à base fixe en passant par les objets sous actionnés. En premier lieu, nous abordons le problème du choix des positions des points de contacts qu'un robot sous-actionné doit prendre pour se déplacer dans l'environnement. Nous calculons, en un seul problème d'optimisation non-linéaire, une séquence de postures qui satisfait une séquence de contacts donnés. Cette formulation permet de trouver la position des contacts optimale, car le choix de la position d'un contact d'une posture va prendre en compte les postures précédentes et suivantes. Elle permet aussi d'effectuer des tâches pour certaines postures qui prendront en compte l'aspect prioritaire du déplacement. Nous introduisons ensuite une méthode de génération de mouvement qui, en se basant sur la programmation quadratique, permet de résoudre le problème de géométrie inverse et de la dynamique inverse pour un robot à base fixe ou mobile, tout en satisfaisant des contraintes d'égalités et d'inégalités.Cette génération de mouvement est assez rapide pour fonctionner à la vitesse de la boucle de contrôle des robotsHRP2-10 et HRP4, et peut donc être utilisé en temps réel. À l'aide d'une machine à état, nous transformons la séquence de postures calculée à priori en une série de tâches à effectuer par le générateur de mouvement, ce qui permet à notre robot de se déplacer dans un environnement complexe. Nous étendons alors notre méthode de génération de mouvement pour calculer la commande d'un nombre arbitraire de robots. Cette extension nous permet de gérer des tâches de manipulation d'objets complexes, de collaboration entre plusieurs agents et de mouvement dans un environnement dynamique. Nous pouvons aussi spécifier directement les tâches dans le repère de l'objet manipulé pour faciliter l'élaboration de notre consigne. Dans l'optique de valider cette méthode sur un robot réel, nous formulons le problème d'estimation des paramètres inertiels d'un objet manipulé grâce à l'algèbre vectorielle spatiale. Finalement, nous validons nos travaux sur les robots HRP2-10 et HRP4. Sur le premier robot, nous validons la génération de posture et la génération de mouvement mono-robot sur le scénario demonté d'une échelle verticale aux normes industrielles. La manipulation d'objets et l'estimation des paramètres inertiels sont validées par la suite sur le robot HRP4. / This PhD proposes a whole body motion generation approach with non coplanar contacts that allowsa robot to move in an environment, manipulate complex objects or collaborate with differentagents.Methods developed in this PhD try to manage many kinds of robots, from the humanoid to thefixed base manipulator and also handling underactuated objects.Firstly, we address the problem contacts positioning that an underactuated robot should taketo move in its environment.We compute in one non-linear optimization problem a sequence of postures that fulfill aninputed contact list. This formulation allows to find the optimal contact placement regardingprevious and next stances. It also allows to execute a task for some posture while taking into accountthe priority of the motion.Next, we introduce a motion generation method that uses quadratic programming to solveinverse kinematics and dynamics problems for a fixed or mobile base robot under equality andinequality constraints.This motion generation is fast enough to fit the HRP2-10 and HRP4 control loop andcan be used in real-time.With a finite state machine we turn the posture sequence into a list of tasks that should beexecuted by the motion generation to allow a robot to move in a complex environment.We extend this motion generation scheme to compute the motion of an arbitrary number of robots.This extension allows us to manage complex object manipulation tasks, multi-agent collaboration andmotion in a dynamic environment. We can also specify a task in the manipulated object frameto ease motion design.To validate this method on a real robot, we formulate inertial parametersestimation of manipulated objects with spatial vector algebra.Finally, we validate our works on the HRP2-10 and HRP4 robot. On the first one,we validate the posture and mono-robot motion generation on a scenario where the robot climbs anindustry standard vertical ladder.On the second one, we validate object manipulation and inertial parameters estimation.

Introdução: A doença de Parkinson (DP), caracterizada por ser crônica, progressiva e neurodegenerativa, é uma das enfermidades neurológicas mais frequentes na atualidade. Pacientes com DP apresentam prejuízos motores, como rigidez muscular, tremor de repouso, lentidão de movimentos, instabilidade postural, e alterações na marcha e no equilíbrio; e distúrbios não-motores, como fatores cognitivos e neuropsiquiátricos, depressão, e uma consequente diminuição da qualidade de vida (QV). Apesar de a caminhada ser considerada tradicionalmente uma recomendação médica no tratamento não farmacológico da DP, a dança vem surgindo como uma importante ferramenta no tratamento complementar destes pacientes, quando somada a terapias medicamentosas tradicionais. Objetivo: Verificar e comparar os efeitos de um programa de dança e de caminhada na mobilidade funcional, nos parâmetros motores e na QV de pessoas com DP. Métodos: foi elaborado um protocolo de aulas de dança inspirado em ritmos musicais brasileiros: forró e samba. A amostra foi composta por 18 participantes com DP, divididos de forma não randomizada, em dois grupos: grupo dança (GD; n = 12) e grupo caminhada (GC; n = 6), expostos a 24 aulas de dança ou caminhada, com duração de uma hora e frequência de duas vezes por semana. Os instrumentos de coletas de dados utilizados foram uma ficha de dados pessoais dos pacientes, a Escala de Hoehn e Yahr (H&Y), o teste Timed Up and Go (TUG), a parte motora da Escala Unificada de Avaliação da DP (UPDRS III), o Índice de reabilitação (IR), a análise cinemática da caminhada e o Parkinson Disease Questionnaire (PDQ-39). A normalidade dos dados descritivos no momento inicial da pesquisa foi verificada através do Teste Shapiro-Wilk, foi utilizado o Teste Wilcoxon para dados não paramétricos e o Teste t pareado para dados paramétricos. Para os desfechos da pesquisa foram utilizados a análise de Equações de Estimativas Generalizadas (GEE), para a comparação entre os grupos GD e GC, os tempos PRÉ e PÓS intervenção, e interação tempo*grupo. Foi utilizado um posthoc de Bonferroni, para identificar as diferenças entre as médias em todas as variáveis. Para a análise dos dados foi utilizado o software Statistical Package for Social Sciences (SPSS) versão 20.0. O nível de significância adotado para ambos os testes foi de α<0,05. Resultados: Foi realizado um protocolo detalhado das intervenções. Os dois grupos apresentaram melhorias significativas após a intervenção em relação a mobilidade funcional na velocidade autosselecionada (VAS) (p = 0,02) e na velocidade rápida (VR) (p = 0,02), ao tempo de contato (TC) (perna esquerda VAS, p = 0,0028; perna direita VR, p = 0,009; perna esquerda, VR p = 0,025), ao tempo de balanço (TB) (perna esquerda VAS, p = 0,0028), a fase de duplo apoio (FDA) (perna direita VR, p < 0,001), a QV geral (p = 0,004), e aos domínios de bemestar emocional (p = 0,001), cognição (p = 0,020) e desconforto corporal (p = 0,008). O GD apresentou melhores resultados em comparação com o GC para os desfechos de Frequência de passos (FP) (p = 0,011) e o domínio de atividades de vida diária (AVDs) (p = 0,049). Conclusão: Ambos os grupos, GD e GC, apresentaram melhorias significativas após o período de intervenção, demonstrando que a dança é tão eficiente quanto a caminhada para a mobilidade funcional, parâmetros motores e a qualidade de vida de indivíduos com DP. / Background: Parkinson's disease (PD), characterized as progressive and neurodegenerative, is one of the most frequent neurological diseases of the present time. Patients with PD present motor impairment, such as muscle stiffness, rest tremor, slow movements, postural instability, and gait and balance alterations; And non-motor factors, such as cognitive and neuropsychiatric disorders, depressive symptoms, and a consequent decrease in quality of life (QL). Although walking is traditionally considered a medical recommendation in the non-pharmacological treatment of PD, dance has emerged as an important tool in the complementary treatment of these patients when added to traditional drug therapies.Objective: Verify and compare the effects of a program of dance and walking in functional mobility, motor parameters and QL of people with PD. Methods: the sample was composed of 18 participants with PD, divided into two non-randomized groups: dance group (DG; n = 12) and walking group (WG; n = 6). The data collection instruments used were be a personal data sheet of the patients, the Hoehn and Yahr Scale (HY), the Timed Up and Go test (TUG), the motor part of the Unified PD Rating Scale (UPDRS III), locomotor rehabilitation index (LRI), the kinematic walk analysis and the Parkinson's Disease Questionnaire (PDQ- 39). The normality of the descriptive data at the initial time of the research was verified through the Shapiro-Wilk Test, using the Wilcoxon Test for non-parametric data and the paired t-test for parametric data. For the research outcomes, the Generalized Estimating Equations (GEE) analysis was used to compare the GD and GC groups, the pre and post intervention moments, and the time group interaction. A Bonferroni post-hoc was used to identify the differences between means in all variables. Statistical Package for Social Sciences (SPSS) software version 20.0 was used to analyze the data. The significance level adopted for both tests was α <0.05. Results: A detailed protocol of interventions was performed. The two groups showed significant improvements after the intervention in relation to functional mobility in comfortable velocity (CV) (p = 0.02) and in fast velocity (FV) (p = 0.02), at stance time (StT) (Left leg CV, p = 0.0028); right leg FV, p = 0.009; left leg, FV p = 0.025), and swing time (SwT) (left leg CV, p = 0,0028), at double support phase (DSF) (rigth leg FV, p < 0,001), a general QL (p = 0,004), and to emotional well-being (p = 0.001), cognition (p = 0.020) and body discomfort (p = 0.008). The DG presented better results in comparison to the WG for the outcomes of Frequency of steps (FS) (p = 0.011) and the domain of activities of daily living (ADLs) (p = 0.049). The two interventions showed significant improvements regarding functional mobility, time of contact (TC), time of balance (TB), the perception of general QL, and domains of emotional well-being, cognition and body discomfort. The DG presented better results compared to the WG for the step frequency, double support phase and the domain of daily living activities. Conclusion: Both groups, DG and WG, showed significant improvements after the intervention period, demonstrating that dance is as efficient than walking for functional mobility, motor parameters and the QL for individuals with PD.

Função executiva é a habilidade necessária para planejar, iniciar, realizar e monitorar comportamentos intencionais, relacionados a um objetivo ou a demandas ambientais, com base na experiência prévia. Tanto indivíduos idosos, quanto indivíduos com escolaridade baixa apresentam dificuldade em tarefas que requerem função executiva, como o Trail Making Test (TMT), que consiste em traçar retas em uma folha de papel, conectando uma seqüência de números (parte A, TMTA) e de números e letras, alternados (parte B, TMTB), o mais rápido possível. O presente estudo teve como objetivo geral desenvolver uma nova versão do TMT, o Teste de Deambulação Funcional (TDF), que poderia ser mais familiar a indivíduos com escolaridade baixa e favorecer sua compreensão e execução. Os objetivos específicos foram: testar se haveria diferenças de idade e/ou escolaridade (1) na execução das partes A e B do TDF (TDFA e TDFB) e das partes A e B do TMT (TMTA e TMTB); (2) nos deltas cognitivos do TMT (dcTMT=TMTBTMTA) e do TDF (dcTDF=TDFBTDFA); (3) nos deltas motores da parte A (dmA=TDFATMTA) e da parte B (dmB=TDFBTMTB) e (4) no aprendizado do TDF. Participaram 70 voluntários, (24 jovens, 26 adultos maduros, e 20 idosos). Na primeira sessão os voluntários realizaram (I) o TDF, (II) o TMT, (III) sete repetições do TDFA, (IV) sete repetições do TDFB. Metade dos voluntários de cada faixa etária realizou a ordem (I) e (II) e metade, (II) e (I). Depois de uma semana, realizaram (V) quatro repetições do TDFA e (VI) quatro do TDFB. Foi adotado nível de significância de p=0,05. ANOVAs mostraram que (1) os idosos, principalmente aqueles com escolaridade baixa, foram mais lentos que os adultos jovens e maduros no TMT e no TDF, sobretudo na parte B e os idosos com escolaridade alta foram mais lentos no TDFB do que no TMTB; (2) os deltas cognitivos do TMT e do TDF foram mais altos para indivíduos com maior idade e menor escolaridade e o dcTMT foi maior que o dcTDF para idosos com escolaridade baixa; (3) o dmB de idosos com escolaridade baixa foi menor que o de idosos com escolaridade alta; (4) os idosos com escolaridade baixa foram mais lentos que aqueles com escolaridade alta na avaliação 1 da TDFA e em todas as avaliações da TDFB, mas não foram observadas diferenças de escolaridade no desempenho de adultos jovens e maduros. O TDF mostrou-se uma ferramenta complementar eficaz para avaliar indivíduos com diferentes idades e escolaridades. Indivíduos mais idosos e com escolaridade mais baixa apresentaram tempos mais altos, tanto no TMT, quanto no TDF. O dcTDF não parece ter sido equivalente ao dcTMT em indivíduos com escolaridade baixa, já que eles apresentaram menor dificuldade em resolver cognitivamente o TDF. Idosos com alta e baixa escolaridade apresentaram resultados antagônicos no dmB: idosos com escolaridade baixa apresentaram menor dificuldade no TDFB, com relação ao TMTB e o contrário ocorreu para idosos com escolaridade alta. A escolaridade baixa prejudicou o aprendizado da tarefa, principalmente em idosos. Idosos apresentaram estabilização mais lenta no desempenho do que adultos maduros, que por sua vez apresentaram estabilização mais lenta que jovens. / Executive function is the ability of planning, initiating, performing and monitoring intentional behaviors, related to an objective or environmental demands, based on previous experience. Older adults and individuals with a low educational status have difficulty in performing executive function tasks, such as the Trail Making Test (TMT), which consists on linking a sequence of numbers on a sheet of paper (part A, TMTA) and alternated numbers and letters (part B, TMTB) as fast as possible. The present study had as a general aim to develop a new version of the TMT, the Functional Gait Test (FGT), which could be more familiar to individuals with a low educational status and favor their comprehension and performance. The specific aims were: to investigate possible differences due to age and/or educational status (1) in the performance of parts A and B of FGT (FGTA e FGTB) and of parts A and B of TMT (TMTA and TMTB); (2) in the cognitive deltas of TMT (cdTMT=TMTBTMTA) and of FGT (cdFGT=FGTBFGTA); (3) in the motor deltas of part A (mdA=FGTATMTA) and part B (mdB=FGTBTMTB) and (4) in the learning process of FGT. Seventy volunteers participated (24 young adults, 26 mature adults and 20 older adults). At the first session, volunteers performed (I) the FGT, (II) the TMT, (III) seven repetitions of the FGTA, (IV) seven repetitions of the FGTB. Half of the sample of each age group performed the order (I) and (II) and the other half, (II) and (I). After one week, they performed (V) four repetitions of the FGTA and (VI) four of the FGTB. Significance level was p=0,05. ANOVAs showed that (1) older adults, mainly the ones with a low educational status, were slower than young and mature adults on the TMT and on the FGT, principally on part B and older adults with a high educational status were slower on the FGTB than on the TMTB; (2) the cognitive deltas of TMT and FGT were higher for individuals with higher age and lower level of education and the cdTMT was higher than cdFGT for older adults with a low educational status; (3) the mdB of older adults with a low educational level was lower that the mdB of older adults with more years of formal education; (4) older adults with a low educational status were slower than the ones with a high level of education on assessment 1 of the FGTA and in all assessments of the FGTB, but no educational status differences were observed in the performance of young and mature adults. The FGT is an useful complementary tool to evaluate individuals with different ages and educational levels. Older adults and individuals with a lower educational level showed higher times, both in the TMT and in the FGT. The cdFGT did not seem equivalent to the cdTMT in individuals with a low educational status, since they had less difficulty in solving the cognitive part of the FGT. Older adults with a high and a low educational level had antagonistic results on mdB: older adults with a low educational status had less difficulty on the FGTB, compared to the TMTB and the opposite occurred for the ones with a high educational status. The low educational level impaired the learning process, mainly for older adults. Older adults showed slower stabilization on performance than mature adults and mature adults showed slower stabilization than young adults.

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Introdução: A Locomoção tem como uma das características básicas a ritmicidade. Entre os mecanismos que envolvem seu controle destaca-se o conceito de um gerador de padrão central (GPC) capaz de gerar atividades neurais e musculares rítmicas. A técnica de treino locomotor com suspensão de peso na esteira (TLSP) utiliza esse conceito e emerge como uma estratégia terapêutica efetiva após a lesão medular (LM) em humanos em função do alto nível de automatismo do sistema nervoso, podendo ser esperadas diferentes respostas em lesões completas e incompletas. Portanto, uma análise detalhada das respostas biomecânicas obtidas durante o TLSP pode servir como base para compreensão do controle neural da locomoção humana. Objetivos: Caracterizar, a partir de parâmetros biomecânicos, a marcha com suspensão parcial de peso e assistência manual em indivíduos com lesões medulares completas e incompletas. Método: 40 indivíduos (20 com LM e 20 sem lesão) foram divididos em quatro grupos: Lesão Medular ASIA A (GLA), Lesão Medular ASIA B (GLB), Lesão Medular ASIA C e D (GLC) e Grupo Controle (GC) composto por sujeitos sem lesão. Durante o TLSP, ambos os grupos foram submetidos ao mesmo protocolo, com suspensão do peso corporal, duração total do treino e velocidades pré-definidas. Foram coletados dados de eletromiografia de superfície e a análise cinemática foi realizada por meio de 7 centrais inerciais. As análises foram realizadas por meio de análise de variância múltipla (MANOVA) Resultados: Em relação às variáveis cinemáticas o GC apresentou menor tempo de apoio em relação ao GLA não havendo diferenças entre os outros grupos com lesão medular. Quanto à ativação muscular o GLA e GLB apresentaram maior atividade de músculos proximais com co-contrações, GLC atividade proximal similar à GLA, GLB e distal similar ao GC que apresentou níveis mais baixos de atividade muscular com maior atividade distal em relação a proximal. Para o momento do pico de atividade, o GC apresentou momento antecipado para músculos proximais, atrasado para músculos distais em relação aos grupos com LM. Conclusão: Quando comparados ao GC, os grupos com LM apresentaram maiores amplitudes de sinal eletromiográfico, provavelmente pelo fato de o GC realizar a tarefa de forma mais eficiente com menor demanda de ativação muscular. Não foi possível reconhecer padrões rítmicos de ativação nos grupos com LM / Introduction: The locomotion has a characteristic the rhythmicity. Concerning the understanding of the mechanisms involving its control, the concept of a central pattern generator (GPC) capable of generating neural and muscular rhythmic activities stands out. The body weight support treadmill training (BWSTT) technique uses this concept and emerges as an effective therapeutic strategy after spinal cord injury (LM) in humans due to the high level of automatism of the nervous system, and different responses can be expected in complete and incomplete injuries. Therefore, a detailed analysis of the biomechanical responses obtained during BWSTT may serve as a basis for understanding the neural control of human locomotion. Objectives: To characterize, from biomechanical parameters, treadmill gait with body weight support in individuals with complete and incomplete spinal cord injury. Method: 40 individuals (20 with LM and 20 without lesion) were divided into four groups: ASIA A (GLA), ASIA B (GLB), ASIA C and D (GLC) and Control Group (GC) composed of subjects without injury. During BWSTT, both groups were submitted to the same protocol, with pre-defined body weight suspension, total training duration and speeds. Surface electromyography data were collected and kinematic analysis was performed by means of 7 inertial power plants. The analyzes were performed through multiple variance analysis (MANOVA). Results: In the kinematic variables, the CG presented less support time in relation to the GLA and there were no differences between the other groups with spinal cord injury. As for muscle activation, GLA and GLB presented higher activity of proximal muscles with co-contractions, GLC presented similar proximal activity similar to GLA, GLB and distal similar to GC, which presented lower levels of muscular activity with greater distal activity in relation to proximal muscles. For the moment of peak activity, the GC presented early moment for proximal muscles, delayed to distal muscles in relation to the groups with LM. Conclusion: When compared to CG, the groups with LM presented higher amplitudes of electromyographic signal, probably because the CG performed the task more efficiently with less demand for muscle activation. It was not possible to recognize rhythmic patterns of activation in the LM groups

A lesão da medula espinhal (LME) é uma das principais causas de modificações na integridade física, psíquica e social, decorrentes das perdas funcionais que afetam a capacidade de andar das pessoas acometidas. A cadeira de rodas é um recurso utilizado para suprir a dificuldade de locomoção das pessoas com deficiência física, que contribui como um instrumento para a promoção de independência funcional, permitindo a continuidade das atividades cotidianas da vida. Sob esta ótica, buscouse compreender a representação social do uso da cadeira de rodas atribuído pelas pessoas com lesão da medula espinhal. Para analisar estas informações optou-se pela pesquisa qualitativa, sob a fundamentação da Teoria das Representações Sociais, desenvolvida com dez pessoas acometidas por LME, atendidas por dois serviços distintos de fisioterapia da cidade de Londrina / PR. A coleta de dados ocorreu através de entrevistas semi-estruturadas, gravadas e transcritas na íntegra. Todas as pessoas aceitaram participar voluntariamente da pesquisa e assinaram o termo de consentimento livre e esclarecido. A Análise de Conteúdo, na modalidade temática, foi a técnica eleita para interpretar as informações coletadas, que permitiram, sob o enfoque das representações sociais, a construção de cinco categorias temáticas: 1) Equipamento indispensável; 2) Símbolo de deficiência; 3) Meio de locomoção e transporte; 4) Extensão dos membros inferiores e do corpo e 5) Expressão de autonomia. O fenômeno vivenciado sobre a utilização da cadeira de rodas possibilitou compreender as suas representações sociais numa trajetória ascendente de significados e simbologias, repassados a este equipamento como indispensável, após as perdas motoras e sensoriais sofridas pela LME. É vista como símbolo de deficiência, quando a pessoa percebe as modificações em sua integridade física e a situação de dependência funcional. Representada como meio de locomoção, transporte e resgate dos valores de seus potenciais funcionais, para a capacidade de locomoção. A cadeira de rodas passa a integralizar, sem distinção, parte ou todo o seu corpo, e, por fim, emerge como expressão de autonomia, atingindo a representação social com a caracterização máxima de seu papel, no desenvolvimento funcional para uma pessoa que teve sua capacidade de andar interrompida subitamente pela incidência da LME. Neste aspecto a cadeira de rodas, como extensão do corpo modificado pela lesão da medula espinhal, ao devolver-lhe o direito de locomoção, presenteia-o não só com a autonomia para vários atos da vida, como também lhe devolve a dignidade, tão essencial à vida humana. / Spinal injury (SI) is one of the major causes of physical integrity, psychological and social changes due to functional losses that affect the ability to walk. The wheelchair is a resource used to manage the locomotion difficulty of people with physical handicaps providing functional independence and allowing them to continue with their daily activities. Under this optic we tried to understand the social representation of the use of the wheelchair for people with spinal injuries. To analyze these data we decided to use the qualitative research, applying the Social Representation Theory approach to ten people with SI that underwent physical therapy care in two different clinics in Londrina-PR. Data was collected by semi-structured interviews that were recorded and fully transcripted. All individuals voluntarily accepted to take part in this study and signed the Informed Consent Form. The Content Analysis was the technique chosen to interpret the data collected, using the thematic approach and under the view of the social representations spawning five thematic categories: 1) Indispensable equipment; 2) Symbol of handicap; 3) Mean of locomotion and transport; 4) Extension of the body and lower limbs and 5) Autonomy expression. The experienced phenomena of using a wheelchair allowed to comprehend its social representations in an ascending trajectory of meanings and symbologies that were attributed to this equipment as indispensable after motor and sensorial losses due to the SI. It is seen as a symbol of handicap when the person realizes the changes in their physical integrity and the situation of functional dependence. It is represented as a mean of locomotion and transport and the regaining of the praise for their functional potentialities for locomotion ability. The wheelchair becomes part of their body without distinction of parts or whole, and, eventually, there is the idea of the wheelchair as autonomy expression reaching the social representation as the highest characterization of its role in functional development to a person that had their walking ability taken suddenly from them due to SI. Considering this aspect, the wheelchair is a extension of their bodies that were modified by the SI, giving back to them their locomotion and right, gifting them not only with the autonomy for many aspects of daily life, but also reassuring their dignity which is so essential to human life.

A artrite reumatoide (AR) é uma doença crônica, inflamatória, sistêmica, com manifestações autoimunes articulares e extra-articulares, como fraqueza e atrofia muscular. Apesar de terem profundo impacto funcional, os mecanismos envolvidos nesses processos em músculo esquelético têm sido pouco estudados. O objetivo desse trabalho foi descrever o envolvimento muscular e vias moleculares em um modelo experimental de artrite e em um modelo de atrofia por desuso. Ratas Wistar, 8-12 semanas foram separadas em três grupos: controle (CO), imobilizado com bota de cobre (IM) e artrite induzida por colágeno bovino tipo II (CIA). A locomoção espontânea e o peso dos animais foram avaliados semanalmente. As articulações tíbio-társicas e os músculos gastrocnêmicos foram processados e corados com hematoxilina-eosina (HE). Imunoblot foi realizado para quantificar MuRF- 1, miogenina e anti-LC3. O nível de significância foi considerado quando p<0,05. A análise histológica das articulações confirmou a severidade da doença. Na locomoção espontânea houve uma diferença significativa na distância, velocidade, número de vezes em pé e número de descanso com redução no grupo CIA, quando comparado ao grupo controle, de 90%, 90%, 75% e aumento de 70%, respectivamente. O peso corporal total, o peso do músculo gastrocnêmio, e o peso relativo do músculo reduziram 20%, 30% e 20% nos animais CIA, quando comparado ao grupo controle. A análise histopatológica identificou no músculo de CIA: atrofia de fibras perifasciculares, infiltrado inflamatório, fibras atróficas do tipo 2 e edema. A área seccional da miofibra estava reduzida em torno de 30% no grupo CIA e 60% no IM. Na quantificação proteína demonstrou aumento da expressão em 70% das proteínas MuRF-1 e miogenina no grupo CIA quando comparado ao grupo controle, resultado não observado em IM. Na quantificação da proteína LC3 não houve diferença entre os grupos. Esse estudo demonstrou que o desenvolvimento da artrite experimental está associado com perda de peso e da mobilidade, atrofia muscular e degradação muscular nesses animais. Pela primeira vez foi demonstrado que a atrofia muscular na artrite está associada com a própria doença e não com a imobilidade, visto que o grupo IM, apesar de atrofia mais muscular mais marcada, não apresentou ativação das vias de atrofia (MuRF-1 e miogenina) que foram observadas no grupo CIA. / Objective: Although causing great functional impact, the mechanisms of muscle wasting in RA have been poorly studied. The objective of this study is to describe the muscular involvement in an experimental model of arthritis and its pathways and compare with disuse atrophy. Methods: Female Wistar rats were separated in three groups: control (CO), collageninduced arthritis (CIA) and immobilized (IM). Spontaneous locomotion and weight were evaluated weekly. Gastrocnemius muscle was evaluated by histology and immunoblotting to measure LC3, MuRF-1 and myogenin expression. Significance was considered at p<0.05 level. Results: Histological analysis of the joint confirmed the severity of the arthropathy. There was significant difference in spontaneous locomotion (distance, velocity, number of times standing and number of times resting) in CIA group. Animal body weight, gastrocnemius muscle weight and relative muscle weight decreased 20%, 30% and 20% in CIA rats. Inflammatory infiltration, swelling and type 2 fiber atrophy was present in CIA gastrocnemius muscles, with reduced cross-sectional area by 30%, and 60% in IM. Imunoblotting analysis demonstrated increased expression of myogenin and MuRF-1 in CIA muscles by about 70%, while in IM remained similar to control. Conclusions: This study demonstrated that the development of experimental arthritis is associated to decreased mobility, weight loss, muscle atrophy, increased expression of markers of muscle proteolysis and regeneration. For the first time it is demonstrated that muscle atrophy in arthritis is associated with the disease itself, and not simply due to decreased mobility, since immobilized group presented no activation of the same atrophy pathways.

Comprendre le mouvement humain mobilise des chercheurs de nombreuses disciplines scientifiques : physiologie, biomécanique, neurosciences comportementales, anatomie fonctionnelle, les sciences du sport... Mes travaux s'inscrivent donc dans une démarche pluridisciplinaire d'analyse/synthèse du mouvement humain. Pour mener à bien cette démarche, une première tâche consiste à modéliser et à simuler le système moteur ainsi qu'un ensemble d'hypothèses. L'objectif est de disposer d'une représentation numérique du problème. Les mouvements simulés doivent ensuite être confrontés à des données expérimentales pour valider à la fois les hypothèses, le modèle et la méthode de simulation. Mon travail s'organise en trois principales contributions qui entrent dans cette approche d'analyse/synthèse. La première contribution concerne le développement de nouvelles méthodes de modélisation et de simulation de mouvements permettant de tester des connaissances issues des sciences expérimentales. La méthode doit aussi être capable de calculer très rapidement des mouvements afin d'intégrer les personnages simulés dans des environnements interactifs, comme en réalité virtuelle, par exemple. Pour modéliser et simuler un mouvement naturel, il faut être capable de gérer des contraintes cinématiques (pour tenir compte de la géométrie de son environnement), cinétiques (pour gérer la répartition de ses masses dans l'espace), dynamiques (les lois de la mécanique s'appliquent évidemment aussi) et d'autres que nous regrouperons sous le terme de " style " (lié à des aspects psychologiques, sociologiques...). Nous avons proposé une nouvelle représentation du mouvement humain qui simplifie grandement la résolution de contraintes cinématiques et cinétiques à partir d'un mouvement initial (issu d'un système de mesures ou conçu manuellement). L'hypothèse est que les mouvements mesurés vérifient intrinsèquement la plupart des contraintes citées précédemment. Il est ensuite possible d'ajouter ou de modifier certaines de ces contraintes pour simuler l'adaptation du système moteur à de nouvelles situations. La deuxième contribution concerne la définition d'un protocole de validation des mouvements simulés. C'est un problème difficile car le mouvement humain implique un grand nombre de degrés de liberté et de pas de temps, ce qui conduit à un espace de dimension énorme. Comment ramener cela à une valeur unique de distance ? Les méthodes classiques utilisent des erreurs moyennes, des corrélations ou des correspondances temporelles entre courbes. Cependant, ces valeurs quantifiables ne reflètent pas toujours le réalisme des mouvements simulés si on demande à des sujets d'en juger la qualité. En réalité virtuelle, plusieurs travaux cherchent à évaluer la sensation d'être présent dans un environnement simulé. Nous avons donc proposé de juger du réalisme du mouvement en faisant interagir des sujets réels avec des entités simulées. Ces travaux ont été menés dans le cadre particulier du duel gardien-tireur mais pourraient être étendus à un cas plus général. La troisième contribution concerne une étude transversale de la locomotion bipède via une approche de type analyse/synthèse. L'objectif de ce travail est de déduire complètement un mouvement de locomotion à partir d'un ensemble de données anatomiques et d'hypothèses générales issues de la biomécanique et des neurosciences. Une application évidente concerne la cherche de locomotions possibles pour des espèces fossiles. Fondamentalement, le problème revient à gérer un espace très important de postures possibles à chaque pas de temps et à en extraire une séquence qui soit comparable à ce qu'une créature réelle aurait naturellement produit. Nos travaux ont donc abouti à un une plate-forme de tests d'hypothèses locomotrices (minimisation d'énergie, de la dérivée de l'accélération, de la distance à une posture de référence...). L'entrée principale de cette plate-forme est la description de l'anatomie de la créature et une série d'empreintes à suivre.

This thesis proposes a general and unified methodological framework suitable for studying the locomotion of a wide range of robots, especially bio-inspired. The objective of this thesis is twofold. First, it contributes to the classification of locomotion robots by adopting the mathematical tools developed by the American school of geometric mechanics.Secondly, by taking advantage of the recursive nature of the Newton-Euler formulation, it proposes numerous efficient tools in the form of computational algorithms capable of solving the external direct dynamics and the internal inverse dynamics of any locomotion robot considered as a mobile multi-body system. These generic tools can help the engineers or researchers in the design, control and motion planning of manipulators as well as locomotion robots with a large number of internal degrees of freedom. The efficient algorithms are proposed for discrete and continuous robots. These methodological tools are applied to numerous illustrative examples taken from the bio-inspired robotics such as snake-like robots, caterpillars, and others like snake-board, etc.

Cette thèse de mathématiques appliquées traite de la modélisation des déplacements de nageurs microscopiques. Nous étudions principalement les problèmes de contrôlabilité et d'optimalité associés à la mobilité d'un micro-nageur. Dans une première partie, nous présentons un modèle de nageur simplifié, appelé le"N- link swimmer". Ensuite, nous ́etudions sa contrôlabilité ainsi que l'existence de stratégies lui permettant d'atteindre un point donné le plus vite possible. Dans une deuxième partie, nous analysons les effets de la présence d'un bord sur la mobilité d'un micro-nageur. Nous montrons qu'un nageur qui est contrôlable lorsqu'il évolue dans l'espace non borné, reste "presque partout" localement contrôlable lorsqu'il nage dans un domaine délimité par un mur plat ou rugueux. Au contraire, nous prouvons qu'un nageur qui n'est pas capable d'atteindre toutes les directions lorsqu'il se déplace dans un domaine sans bord peut élargir ses directions accessibles en présence d'un mur (plat ou rugueux). Enfin, la dernière partie de la thèse fournit un cadre à l'étude de problèmes de contrôle optimal associés aux déplacements de nageurs ayant une dynamique sans dérive. Tout d'abord, nous ́etudions les propriétés mathématiques de plusieurs problèmes de contrôle optimal ayant des coûts fonctionnels différents (existence puis comportement). Ensuite, nous considérons les nageurs ayant deux degrés de liberté. Pour ces modèles particuliers de nageurs, nous présentons un cadre permettant d'en déduire des propriétés géométriques locales pour les solutions de certains problèmes de contrôle optimal. Tout au long de ce dernier chapitre, des simulations numériques, réalisées sur un exemple de nageur ayant une dynamique explicite, illustrent les résultats théoriques.