Le contenu de cette thèse traite: 1) des différences entre les jeunes adultes et les aînés au niveau des caractéristiques de l'exécution du premier pas de marche, 2) de l'intégration des informations sensorielles à l'amorce de la marche, notamment, de la modification des informations prorioceptives et vestibulaires sur les caractéristiques de l'amorce de la marche. Les études présentées ici ont pour objectif de : Déterminer les caractéristiques du patron d'amorce de marche chez les jeunes adultes, les aînés et chez les aînés chuteurs. Pour cela, les caractéristiques spatiales et temporelles, notamment la variabilité du premier pas et la durée des phases de double support sont mises en évidence pour les trois groupes. La variabilité du premier pas pourrait être un facteur prédictif du risque de chute. Déterminer les modalités sensorielles affectant l'amorce du patron de marche chez les jeunes adultes et chez les aînés: Les effets d'une perturbation proprioceptive sur la variabilité du premier pas de marche et sur les déplacements du centre / de masse et du centre de pression chez les jeunes adultes et chez les aînés. Déterminer l'effet combiné d'une perturbation proprioceptive et vestibulaire sur l'amorce de la marche. Les résultats de ces études montrent que l'exécution du premier pas de marche est déterminée par la qualité des informations sensorielles. La variabilité du premier pas de marche permet de discriminer les chuteurs des non chuteurs. La position du corps dans l'espace, déterminée par les afférences proprioceptives et vestibulaires modifie la phase anticipée et la phase d'exécution à l'amorce de lamarche.

Dix-sept sujets sains marchaient sur un tapis roulant avant, pendant et après une exposition, de durée variable (49-1629 cycles de marche), à un champ de force perturbant la marche, appliqué à la jambe par un élastique (2 jours consécutifs). Le but était de voir l'effet de la durée d'exposition au champ de force élastique sur le contrôle de la jambe durant la locomotion. Avec l'élastique, une erreur initiale était observée dans la vitesse maximale du premier orteil puis les suj ets adaptaient graduellement leur patron de marche (vitesse de l'orteil, activité musculaire). Au jour 1, après le retrait de la force, une persistance temporaire du patron modifié était observée. Les sujets ayant été exposés plus longtemps à l'élastique maintenaient ce patron plus longtemps. Au jour 2, avec l'élastique, les sujets avaient significativement réduit l'erreur initiale de la vitesse de l'orteil indépendamment de la durée d'exposition du jour 1. Ces résultats suggèrent que, lors de la marche dans un champ de force, une exposition de courte durée (2: 49 cycles de marche) semble suffisante pour obtenir un ajustement des paramètres locomoteurs et une rétention de ceux-ci lors d'une deuxième exposition.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2003. / Bibliogr.: f. 89-93. Publié aussi en version électronique.

Introduction : La capacité de pouvoir réaliser deux tâches de manière simultanée (double tâche ; DT) est régulièrement sollicitée dans notre quotidien. Elle nous permet, entre autres, de pouvoir marcher de manière indépendante et sécuritaire dans la communauté. Cependant, la réalisation d'une activité en DT peut provoquer une diminution de performance de l'une ou des deux tâches (coût de la DT). La grande majorité des études ayant exploré le phénomène de DT chez les personnes âgées et les personnes ayant subi un accident vasculaire cérébral (AVC) a toutefois utilisé des tâches locomotrices simples et des tâches cognitives peu écologiques (ex. soustractions, Stroop test) permettant difficilement d'extrapoler ces résultats aux activités de la vie quotidienne. Ainsi, l'objectif général de cette thèse est de mieux comprendre les interférences cognitivo-locomotrices (ICL) lors de la réalisation d'activités représentatives de la vie quotidienne chez les personnes âgées et des personnes ayant subi un AVC. Méthodologie : Afin de mieux comprendre le phénomène de DT lors d'activités représentatives de la vie quotidienne, un protocole expérimental en environnement virtuel a été développé. Lors de l'évaluation des ICL, tous les participants ont été immergés dans un environnement virtuel simulant un couloir de centre commercial, à l'aide d'un casque de réalité virtuelle (RV). Les déplacements dans l'environnement virtuel ont été réalisés à l'aide d'une plateforme omnidirectionnelle. En condition de DT, les participants devaient se déplacer dans l'environnement virtuel tout en mémorisant une liste d'achats de 5 items, délivrée au début de la tâche de marche. Deux niveaux de difficulté de tâches locomotrices et cognitives ont été utilisés. La complexification de la tâche locomotrice a été faite grâce à l'ajout d'agents virtuels devant être évités et celle de la tâche cognitive par la modification de 2 items de la liste d'achats au cours de la réalisation de la tâche. Les performances locomotrices et cognitives ont été mesurées en simple tâche (ST) et en DT. Les ICL ont été quantifiées à l'aide des coûts de la DT (% de changement des performances entre la simple et la double tâche). Ce protocole a permis d'évaluer les capacités locomotrices et cognitives en DT auprès de trois populations, c'est-à-dire les jeunes adultes en santé, les adultes en santé âgés de 55 ans et plus, ainsi que les adultes ayant subi un AVC. Résultats : Malgré leur âge et l'absence de limitations fonctionnelles, les jeunes adultes ont présenté des coûts cognitifs lors de la réalisation de la DT la plus complexe. Dans la majorité des conditions de DT, les personnes âgées de 55 ans et plus ont, quant à elles, présenté des coûts locomoteurs et/ou cognitifs. Cette étude a également démontré que les coûts locomoteurs augmentent avec l'âge, ce qui n'a pas été constaté au niveau des coûts cognitifs. Chez ces deux populations en santé, les coûts de la DT ont principalement été influencés par la complexité de la tâche cognitive. Des coûts de la DT ont également été observés chez les personnes ayant subi un AVC, dans toutes les conditions de DT à l'exception de la plus simple. Cependant, les personnes ayant subi un AVC ont présenté des coûts cognitifs dans des conditions de DT durant lesquelles les personnes en santé appariées en âge n'en ont pas présenté et la magnitude des coûts cognitifs a été plus importante chez les personnes ayant subi un AVC durant la condition de DT la plus complexe. Conclusions : La réalisation d'une DT a un effet sur les performances cognitives et/ou locomotrices, et ce, même chez les personnes ne présentant pas de limitations des fonctions locomotrices et cognitives. Des différences de patrons d'interférences ou de magnitude de coûts de la DT ont été observées en fonction de l'âge, la présence d'une lésion cérébrale ou la complexité des tâches réalisées. Ces observations soulignent l'importance d'évaluer aussi bien les performances locomotrices que cognitives lors de l'évaluation des capacités de DT. La RV semble être une modalité d'évaluation prometteuse permettant de quantifier les capacités de la DT lors de tâches représentatives de la vie quotidienne. / Background: The ability to perform two tasks simultaneously (i.e dual task, DT) is regularly used in our daily lives. It enables, among other things, to walk independently and safely in the community. However, walking while performing another task may deteriorate one or both tasks' performances (DT cost). Most studies exploring the DT phenomenon in older adults and stroke survivors have used simple locomotor tasks and cognitive tasks with questionable ecological validity (e.g., subtractions, Stroop test) that make it difficult to extrapolate these results to activities of everyday life, however. Thus, the general objective of this thesis is to better understand cognitive-locomotor interferences during activities representative of daily living in elderly people and persons who have sustained a stroke. Methodology: A virtual reality-based protocol was developed to assess DT abilities during activities representative of everyday life. All participants were immersed in a virtual mall corridor using a virtual reality (VR) headset. Walking movements in the virtual environment were performed using an omnidirectional platform. In the DT conditions, participants had to move forward in the virtual environment while memorizing a 5-item shopping list, delivered at the beginning of the walking task. Two levels of difficulty were proposed in both locomotor and cognitive tasks. The locomotor task was complexified by adding a virtual agent to avoid and the cognitive task was complexified by modifying 2 items of the shopping list during the task. Locomotor and cognitive performances were measured in single task (ST) and DT. Cognitive-locomotor interferences were quantified using DT costs (% change in performance between single and dual tasks; DTC). This DT assessment protocol was used in 3 populations, i.e healthy young adults, healthy adults aged 55 years and older, and adults with stroke. Results: Despite their age and the absence of functional limitations, young adults showed cognitive DTC when performing the most complex condition. In most DT conditions, individuals aged 55 years and older, on the other hand, exhibited locomotor and/or cognitive DTC. This study also showed that locomotor DTC increased with age, which was not the case for cognitive DTC. In both healthy populations, DTC were primarily influenced by the complexity of the cognitive task. DTC were also observed in stroke survivors in all but the simplest DT conditions. Individuals with a stroke exhibited cognitive DTC in certain DT conditions in which age-matched healthy individuals did not. Moreover, the magnitude of cognitive costs was greater in stroke survivors than in healthy individuals when the most complex DT condition was executed. Conclusions: Activities in DT impact cognitive and/or locomotor performance, even in individuals who do not present any limitations in locomotor or cognitive functions. Differences in interference pattern or in DTC magnitude were observed as a function of age, presence of a brain lesion and complexity of the tasks performed. These observations highlight the importance of assessing both locomotor and cognitive performances when characterizing DT abilities. VR seems to be a promising assessment approach to quantify DT abilities during activities representative of daily life.

L'objectif de ce travail est de fournir quelques éléments de compréhension sur les règles d'organisation de l'activité locomotrice chez l'homme. Son originalité réside dans le fait d'analyser la locomotion humaine dans ses composantes (sensori)motrice et cognitive : ainsi la locomotion est considérée et analysée comme l'activité coordonnée des membres inférieurs combinée à des stratégies de planification communes à l'ensemble des mouvements orientés vers un but spatial. Deux niveaux de description de la locomotion sont pris en compte, l'analyse des processus aboutissant à la formation du pas et ceux liés à la génération de la trajectoire locomotrice. Les effets propres et conjoints du mode et de la vitesse de locomotion, ainsi que de la géométrie des trajets, sur la régulation de l'activité locomotrice, sont étudiés au moyen (principalement) de l'analyse cinématique mais également électromyographique et vidéooculographique. Les origines de certains invariants cinématiques de la locomotion humaine sont étudiées pour ces deux niveaux d'analyse et la caractérisation des mouvements du regard et du corps lors des<br />changements de direction de marche est réalisée. Enfin, quelques approches et principes particulièrement intéressants, comme le principe de segmentation et celui d'optimalité, sont discutés dans le cadre général de l'étude expérimentale et de la modélisation des processus de génération et de contrôle des trajectoires locomotrices.

Thèse de doctorat : Sciences et techniques des activités physiques et sportives : Rennes 2 : 2008. / Bibliogr. p.139-162. Table des illustrations et tableaux.

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.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / Une approche biomécanique a été utilisée pour analyser le comportement locomoteur naturel de contournement d’obstacles stationnaires et mobiles sous différents facteurs environnementaux incluant l’incertitude initiale associée au mouvement de l’obstacle, des distractions auditives, l’éclairage ambiant et le type d’environnement (physique/virtuel). De jeunes adultes, des personnes plus âgées et des athlètes d’élite ont été étudiés afin de mieux comprendre le contrôle adaptatif de la marche en lien avec l’environnement chez des populations ayant différentes capacités locomotrices. Une méthode basée sur la mesure du mouvement a été développée afin de quantifier l’espace personnel (EP) pour la première fois durant la locomotion. Les jeunes adultes maintiennent un EP elliptique de façon systématique lors du contournement d’obstacles à différentes vitesses de marche ainsi qu’un EP réduit généralement du côté dominant. La taille de l’EP est cependant ajustée en fonction de différents facteurs environnementaux. Entre autres, diriger de l’attention vers un message auditif pendant le contournement nécessite l’agrandissement de l’EP chez de jeunes adultes, avec un effet encore plus marqué chez des personnes plus âgées. Ces dernières doivent, outre la diminution de leur vitesse de marche, agrandir davantage leur EP afin de libérer des ressources attentionnelles pour effectuer la tâche auditive en parallèle. Ces résultats suggèrent que l’EP soit calculé en continu et utilisé pour contrôler la navigation durant la marche. Les résultats suggèrent aussi que les athlètes puissent traiter l’information visuo-spatiale plus rapidement que les non-athlètes puisque les deux groupes ont pris des décisions de navigation semblables, mais les athlètes ont navigué les nouveaux parcours d’obstacles complexes plus rapidement, et ce, avec l’accès à la même vitesse de marche maximale. Les scores chronométrés des athlètes ont été davantage affectés par l’éclairage diminué, suggérant l’utilisation d’informations à propos des obstacles distants lorsque celles-ci sont disponibles. Ces protocoles innovateurs jumelés aux mesures développées (EP, efficacité de navigation, etc.) ont d’importantes implications pour l’évaluation et le réentraînement des capacités locomotrices dans des environnements complexes et écologiques chez diverses populations. Comme le comportement lié à l’EP s’est avéré robuste dans l’environnement virtuel utilisé, la réalité virtuelle est proposée comme une plate-forme prometteuse pour le développement de telles applications. / A biomechanical approach was used to analyze the natural locomotor behavior employed to circumvent stationary and mobile obstacles under different environmental factors including the initial uncertainty related to the obstacle movement, auditory distractions, the ambient lighting and the type of environment (physical/virtual). Young and older adults as well as elite athletes were tested in order to better understand adaptive walking behavior in relation with the environment in populations with different locomotor capacities. A novel method, based on the measure of human movement, was developed to quantify personal space (PS) for the first time during locomotion. Results showed that young adults systematically maintain an elliptical PS during obstacle circumvention at different walking speeds as well as a reduced PS, generally on the dominant side. The size of PS, however, was adjusted according to different environmental factors. For instance, attending to an auditory message during circumvention requires the enlargement of PS in young adults, and to an even greater extent in older adults. In addition to decreasing their gait speed, older adults further enlarged their PS in order to “free up” attentional resources for the parallel processing of auditory messages. These results suggest that PS is calculated online and used to control navigation during walking. In addition, results suggest that trained athletes are able to process visuo-spatial information more rapidly than non-athletes since both groups took similar navigational decisions, but athletes navigated through new and complex obstacle courses faster even though both groups had access to the same unobstructed maximal speeds. The temporal scores of athletes were more affected by the reduction of ambient lighting, suggesting an anticipation strategy using information about distant obstacles when it is available. Such innovative protocols together with the developed measures (e.g. PS and navigation efficiency) have important implications for the evaluation and retraining of locomotor capacity within complex, ecological environments in various populations. Since the PS behavior was shown to be robust in the virtual environment used for this project, the virtual reality technology is proposed as a promising platform for the development of such applications.

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.