L'asymétrie locomotrice chez les personnes hémiparétiques à la suite d'un accident vasculaire cérébral (AVC) est fréquemment observée en clinique. Les causes sous-jacentes à cette asymétrie et sa persistance malgré les interventions sont source de nombreuses interrogations. Ce projet avait donc pour objectif de développer de nouvelles connaissances sur les facteurs pouvant expliquer l'asymétrie locomotrice après un AVC. Les objectifs principaux étaient de 1) quantifier les moments et les niveaux d'effort musculaire des membres inférieurs lors de différentes conditions de marche sur le tapis roulant à double courroie (DC) afin de déterminer si ceux-ci sont explicatifs de l'asymétrie locomotrice, et de 2) quantifier la capacité de perception de l'asymétrie locomotrice des personnes saines et hémiparétiques. L’hypothèse générale était que l’asymétrie locomotrice est une stratégie utilisée par les personnes hémiparétiques pour symétriser ou limiter les niveaux d’effort musculaire, tels qu’évalués par le taux d'utilisation musculaire mécanique (TUM). Les résultats ont été présentés dans quatre articles (#2 à #5). La première étude a quantifié l'effet d'un protocole sur tapis roulant à DC visant à modifier l'asymétrie spatio-temporelle sur les moments musculaires aux membres inférieurs des personnes saines et hémiparétiques. Globalement, les résultats ont démontré que placer le membre inférieur parétique sur la courroie lente augmentait le moment fléchisseur plantaire (FP) parétique en post-adaptation et que cette augmentation était corrélée avec l'augmentation de la longueur de pas controlatérale. La deuxième étude a démontré que les personnes présentant de hauts niveaux d'effort dans les FP parétiques avaient une asymétrie des efforts dans leurs FP et extenseurs de hanche (EH) alors que le groupe avec de bas niveaux d'effort dans les FP avait des efforts symétriques. De plus, les deux groupes présentaient des moments FP asymétriques, mais cette asymétrie était reliée à l'asymétrie de forces résiduelles seulement chez ceux présentant de hauts niveaux d'effort. Cela suggère que la faiblesse musculaire joue un rôle important dans la réduction du moment FP parétique chez ceux avec de hauts niveaux d'effort alors que d'autres facteurs doivent être considérés pour expliquer l'asymétrie des moments à la marche des personnes avec de bas niveaux d'effort. La troisième étude a démontré que la symétrisation du patron de marche (temporelle ou spatiale) amenait des efforts musculaires élevés dans les FP parétiques, atteignant des niveaux moyens supérieurs à 85 %. La quatrième étude a évalué la capacité de perception de l'asymétrie locomotrice des personnes saines avec un protocole sur tapis roulant à DC et a démontré qu'elles percevaient leur patron de marche comme asymétrique lorsque leur ratio d'asymétrie temporelle atteignait le seuil de 1,05, avec une variabilité intra-individu faible, suggérant une bonne capacité de ces personnes à détecter l'asymétrie. Les résultats supplémentaires de cette thèse ont démontré que les personnes hémiparétiques percevaient mieux l'asymétrie temporelle que spatiale. En somme, ces résultats suggèrent que la force musculaire et les efforts musculaires des FP parétiques sont à considérer comme des facteurs explicatifs de l'asymétrie locomotrice des personnes hémiparétiques. D'autres études sont nécessaires pour statuer sur les capacités de perception de l'asymétrie locomotrice des personnes hémiparétiques. / Locomotor asymmetry is frequently observed in individuals following a stroke despite their capacity to perform more symmetrically on demand or after some interventions. Therefore, the underlying causes of such asymmetry and its persistence despite interventions are sources of many questions. This project aims to improve knowledge about the factors that could explain locomotor asymmetry following a stroke. The main objectives were 1) to quantify net joint moments and muscular levels of effort in the lower limbs during different walking conditions on a split-belt treadmill with the aim of determining if these factors could be among those explaining locomotor asymmetry; and 2) to quantify the capacity to perceive locomotor asymmetry in healthy individuals and those post-stroke. The general hypothesis was that locomotor asymmetry is a strategy used by individuals post-stroke to perform with symmetrical levels of muscular effort or to avoid overly high levels of muscular effort, as assessed by the muscular utilization ratio (MUR). The results were presented in four articles (#2 to #5). The first study quantified the effect of split-belt treadmill walking in net joint moments of the lower limbs in healthy individuals and those post-stroke. Overall, the results showed that placing the paretic limb on the slow belt increased the plantarflexion moment in post-adaptation and that such increase was correlated with the increase in contralateral step length. The second study showed that individuals with high levels of effort in the paretic plantarflexors (PF) were asymmetrical in their efforts between sides for PF and hip extensors, whereas the group with low levels of effort in the paretic PF had symmetrical levels of effort in all muscle groups. In addition, both groups showed asymmetrical plantarflexion moments, but only in the group with high levels of effort was this asymmetry related to the asymmetry of residual forces. This suggests that muscle weakness plays an important role in reducing the paretic PF moment for individuals with high levels of effort in PF while other factors must be considered to explain the joint moment asymmetry in individuals with low levels of effort in PF. The third study showed that a more symmetrical gait pattern (temporal or spatial) following walking on the split-belt treadmill required high levels of effort (over 85%) in paretic PF. The fourth study evaluated the ability to perceive locomotor asymmetry in healthy individuals with a protocol on a split-belt treadmill. The gait pattern was perceived as asymmetrical when the temporal asymmetry ratio reached the threshold of 1.05. The low intra-individual variability suggested healthy individuals had a good ability to detect asymmetry. Supplementary results of this thesis showed that individuals post stroke perceived temporal asymmetry better than spatial asymmetry. Overall, these results suggest that muscle strength and muscular level of effort in paretic PF need to be considered as potential factors explaining locomotor asymmetry in individuals post stroke. Further studies are needed to determine the perceptual abilities of locomotor asymmetry in individuals post-stroke.

Les problèmes d’équilibre associés aux déficits sensorimoteurs chez les personnes hémiparétiques après un accident vasculaire cérébral (AVC) sont un facteur de risque de chutes lors d’activités locomotrices. Cette thèse avait pour but d’approfondir les connaissances sur les capacités d’équilibre de ces personnes dans des tâches de marche et de les comparer avec celles des personnes en santé. Le premier objectif visait à quantifier la difficulté à maintenir l’équilibre dynamique (c.-à.-d. lié au déplacement du corps) et postural (c.-à.-d. lié à l’alignement des segments du corps) des personnes hémiparétiques lors de la marche sur tapis roulant. Le second objectif était de mieux comprendre les relations entre l’équilibre et les modifications du patron de marche liées aux déficits associés à l’AVC telles que la réduction de la vitesse de marche et l’asymétrie, ou liées à certaines interventions de réadaptation, telles que l’utilisation d’un tapis roulant à double courroie avec des vitesses inégales ou l’ajout d’une charge à la cheville. Les résultats ont montré que les personnes hémiparétiques avaient moins de difficulté à maintenir leur équilibre que les personnes en santé lorsqu’elles marchaient à leur vitesse confortable (étude no1). Cependant, à vitesse équivalente, la difficulté à maintenir l’équilibre était plus grande pour les personnes hémiparétiques que pour celles en santé (étude no1). L’évaluation de l’effet sur le patron de marche et l’équilibre d’une marche sur un tapis roulant avec des vitesses de courroies inégales puis égales a montré que les personnes âgées en santé avaient des capacités d’adaptation et de désadaptation, objectivées par des changements des forces de réaction du sol, similaires à celles de jeunes adultes en santé (étude no2). Toutefois, l’équilibre des personnes âgées, mesuré par la différence des forces de réaction au sol lors des phases de freinage et de propulsion, était plus affecté par les vitesses de courroie inégales que celui des jeunes adultes (étude no2). Chez les personnes hémiparétiques, une marche plus symétrique ne modifiait pas la difficulté à maintenir l’équilibre (étude no3). Toutefois, l’équilibre était plus affecté lors de l’appui sur le membre inférieur qui avait été placé sur la courroie lente lors de la marche avec les vitesses de courroies inégales (étude no3). Finalement, l’ajout d’une charge à la cheville, placée du côté non parétique puis du côté parétique, lors de la marche n’affectait pas l’équilibre dynamique des personnes hémiparétiques, mais facilitait leur équilibre postural (étude no4). En résumé, ces résultats suggèrent que les personnes hémiparétiques réduisent leur vitesse de marche pour maintenir leur équilibre. De plus, leur équilibre est affecté par le protocole de marche sur tapis roulant avec des vitesses de courroies inégales, mais il ne l’est pas parce que le patron de marche est devenu plus symétrique. Enfin, l’ajout d’une charge à la cheville reste une approche pertinente pour améliorer la marche, toutefois elle n’est pas indiquée pour entraîner l’équilibre des personnes hémiparétiques. La prise en compte de la vitesse de marche lors de l’évaluation de l’équilibre et un entraînement à des vitesses de marche plus rapides que la vitesse confortable sont des facteurs importants à considérer pour la réadaptation des personnes post-AVC. / Balance problems associated with sensorimotor impairments in individuals with hemiparesis post-stroke are a risk factor for falls during locomotion. This thesis aimed to foster knowledge on balance ability in this post-stroke population during locomotor tasks compared to healthy individuals. The first objective was to quantify difficulty in maintaining dynamic (i.e. related to body displacements) and postural (i.e. related to segment alignment) balance among individuals post-stroke walking on a treadmill. The second objective was to better understand the relationship between balance and gait pattern changes associated with stroke-related deficits such as reduced gait speed and asymmetry, or those associated with certain rehabilitation interventions such as using a split-belt treadmill with asymmetrical belt speeds or adding a load on the ankle. The results showed that individuals post-stroke had less difficulty in maintaining balance than their healthy counterparts when they walked at a self-selected speed (study #1). However, at a similar speed, the stroke group experienced greater difficulty in maintaining balance than the healthy group (study #1). Assessment of how walking on a split-belt treadmill with both asymmetrical and symmetrical belt speeds affects gait pattern and balance showed that healthy older individuals had similar ability in adapting and de-adapting, as demonstrated by changes in ground reaction forces, compared to healthy young adults (study #2). However, balance among older individuals, as measured by the difference in ground reaction forces during the braking and propulsive phases, was more affected by asymmetrical belt speeds than young adults (study #2). In individuals post-stroke, a more symmetrical gait pattern did not alter difficulty in maintaining balance (study #3). However, balance was more affected during the stance phase of the leg on the slow belt when walking with asymmetrical belt speeds (study #3). Finally, adding a load on the ankle, placed on the non-paretic side then on the paretic side, when walking did not affect dynamic balance among individuals post-stroke, but it did improve their postural balance (study #4). In summary, these results suggest that individuals post-stroke reduce their gait speed in order to maintain their balance. Moreover, the split-belt treadmill protocol does affect their balance but not as a result of their gait pattern becoming more symmetrical. Finally, adding a load on the ankle remains a relevant approach to improve gait function, however, it is not recommended to train balance in individuals post-stroke. Lastly, adding a load on the ankle is not a recommended balance training method. Gait speed when assessing balance and gait training at speeds faster than a self-selected gait speed are important factors to consider during rehabilitation of individuals post-stroke.

Necessary for effective ambulation, head stability affords optimal conditions for the perception of visual information during dynamic tasks. This maintenance of head-in-space equilibrium is achieved, in part, by the attenuation of the high frequency impact shock resulting from ground contact. While a great deal of experimentation has been done on the matter during steady state locomotion, little is known about how head stability or dynamic visual acuity is maintained during asymmetric walking. In this study, fifteen participants were instructed to walk on a split-belt treadmill for ten minutes while verbally reporting the orientation of a randomized Landolt-C optotype that was projected at heel strike. Participants were exposed to the baseline, adaptation, and washout conditions, as characterized by belt speed ratios of 1:1, 1:3, and 1:1, respectively. Step length asymmetry, shock attenuation, high (impact) and low (active) frequency head signal power, and dynamic visual acuity scores were averaged across the first and last fifty strides of each condition. Over the course of the first fifty strides, step length asymmetry was significantly greater during adaptation than during baseline (p d =2.442). Additionally, high frequency head signal power was significantly greater during adaptation than during baseline (p d =1.227), indicating a reduction in head stability. Shock attenuation was significantly lower during adaptation than during baseline (p d =-0.679), and a medium effect size suggests that dynamic visual acuity was lower during adaptation than during baseline as well (p =0.052; d =0.653). When comparing the baseline and adaptation conditions across the last fifty strides, however, many of these decrements were greatly reduced. The results of this study indicate that the locomotor asymmetry imposed by the split-belt treadmill during the early adaptation condition is responsible for moderate decrements to shock attenuation, head stability, and dynamic visual acuity. Moreover, the relative reduction in magnitude of these decrements across the last fifty strides underscores the adaptive nature of the locomotor and visuomotor systems.