Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016-2017 / Introduction : Une proportion importante des individus ayant recours à des services de réadaptation physique vit avec de la douleur et des incapacités locomotrices. Plusieurs interventions proposées par les professionnels de la réadaptation afin de cibler leurs difficultés locomotrices nécessitent des apprentissages moteurs. Toutefois, très peu d’études ont évalué l’influence de la douleur sur l’apprentissage moteur et aucune n’a ciblé l’apprentissage d’une nouvelle tâche locomotrice. L’objectif de la thèse était d’évaluer l’influence de stimulations nociceptives cutanée et musculaire sur l’acquisition et la rétention d’une adaptation locomotrice. Méthodologie : Des individus en santé ont participé à des séances de laboratoire lors de deux journées consécutives. Lors de chaque séance, les participants devaient apprendre à marcher le plus normalement possible en présence d’un champ de force perturbant les mouvements de leur cheville, produit par une orthèse robotisée. La première journée permettait d’évaluer le comportement des participants lors de la phase d’acquisition de l’apprentissage. La seconde journée permettait d’évaluer leur rétention. Selon le groupe expérimental, l’apprentissage se faisait en présence d’une stimulation nociceptive cutanée, musculaire ou d’aucune stimulation (groupe contrôle). Initialement, l’application du champ de force provoquait d’importantes déviations des mouvements de la cheville (i.e. erreurs de mouvement), que les participants apprenaient graduellement à réduire en compensant activement la perturbation. L’erreur de mouvement moyenne durant la phase d’oscillation (en valeur absolue) a été quantifiée comme indicateur de performance. Une analyse plus approfondie des erreurs de mouvement et de l’activité musculaire a permis d’évaluer les stratégies motrices employées par les participants. Résultats : Les stimulations nociceptives n’ont pas affecté la performance lors de la phase d’acquisition de l’apprentissage moteur. Cependant, en présence de douleur, les erreurs de mouvement résiduelles se trouvaient plus tard dans la phase d’oscillation, suggérant l’utilisation d’une stratégie motrice moins anticipatoire que pour le groupe contrôle. Pour le groupe douleur musculaire, cette stratégie était associée à une activation précoce du muscle tibial antérieur réduite. La présence de douleur cutanée au Jour 1 interférait avec la performance des participants au Jour 2, lorsque le test de rétention était effectué en absence de douleur. Cet effet n’était pas observé lorsque la stimulation nociceptive cutanée était appliquée les deux jours, ou lorsque la douleur au Jour 1 était d’origine musculaire. Conclusion : Les résultats de cette thèse démontrent que dans certaines circonstances la douleur peut influencer de façon importante la performance lors d’un test de rétention d’une adaptation locomotrice, malgré une performance normale lors de la phase d’acquisition. Cet effet, observé uniquement avec la douleur cutanée, semble cependant plus lié au changement de contexte entre l’acquisition des habiletés motrices et le test de rétention (avec vs. sans douleur) qu’à une interférence directe avec la consolidation des habiletés motrices. Par ailleurs, malgré l’absence d’influence de la douleur sur la performance des participants lors de la phase d’acquisition de l’apprentissage, les stratégies motrices utilisées par ceux-ci étaient différentes de celles employées par le groupe contrôle. / Introduction: A large proportion of individuals undergoing physical rehabilitation live with concurrent pain and locomotor disabilities. Many rehabilitation interventions targeting these locomotor disabilities are based on motor learning principles. However, very few studies have assessed the effect of pain on motor learning and none has targeted locomotor learning. The objective of this thesis was to evaluate the effect of cutaneous and muscular nociceptive stimulations on the acquisition and retention of a locomotor adaptation. Methods: Healthy individuals participated in laboratory sessions on two consecutive days. On each day, participants had to learn to walk as normally as possible while a robotized ankle-foot orthosis systematically applied a force field perturbing their ankle movements. Day 1 allowed the quantification of participants’ behaviour during the acquisition phase of motor learning. Day 2 tested retention. A cutaneous or muscular nociceptive stimulation, or no stimulation (Control group) was applied to participants during one or both learning sessions as a function of the group they were assigned to. Initially, the force field caused large deviations of participants’ ankle movements (i.e. movement errors). After walking several strides with the perturbation, participants learned to overcome it, thereby reducing movement errors. The mean absolute movement error during swing was calculated to assess participants’ performance. Detailed analysis of movement errors combined with muscle activity allowed to quantify the motor strategies employed. Results: Pain did not interfere with motor performance during the acquisition phase of motor learning. However, movement errors occurred later in the swing phase in the presence of pain, suggesting a reduction in anticipatory strategy compared to controls. For the muscle pain group, this change in strategy was associated with a reduced early activation of the Tibialis Anterior muscle. Furthermore, the presence of cutaneous pain on Day 1 interfered with participants’ performance on Day 2, when the retention test was performed in the absence of pain. However, this effect was not observed if cutaneous pain was applied on both days or if Day 1 pain was muscular. Conclusions: Results obtained showed that under particular circumstances, pain can greatly influence participants’ performance during a retention test, despite apparently normal performance during the acquisition phase of learning. This finding, observed only for cutaneous pain, appears to be more related to the change in context between the acquisition of motor skills and the retention test (pain vs no pain) than to a direct interference with the consolidation processes. Moreover, despite the fact that pain had no effect on motor performance during the acquisition phase of motor learning, motor strategies used by participants were modified when compared to controls.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La théorie des facettes sert de référentiel à cette recherche. Cette théorie a été développée dans le monde de l'information documentaire par Ranganathan (1933, 1967). L'auteur propose de décrire le contenu des documents selon une approche combinatoire et multidimensionnelle qui s'oppose aux classifications mono hiérarchiques en vigueur jusque là. Pour Ranganathan, le contenu de tout document touche à cinq aspects de la réalité : la Personnalité, la matière, l'énergie, l'espace et le Temps. A ces cinq perspectives s'ajoute une facette principale, représentant généralement le domaine de la connaissance auquel on peut rattacher un document particulier (Agriculture, Médecine, etc.). Nous proposons dans ce travail de réinterroger la théorie des facettes de Ranganathan dans une perspective de recherche d'information sur internet. Nous nous interrogerons sur la faisabilité et la mise en oeuvre de telles descriptions pour les documents en ligne. La caractérisation des facettes passe par un travail multidisciplinaire mettant en œuvre des emprunts et des transpositions dans le domaine de la fouille de données, de la psychologie sociale, de l'informatique, des mathématiques, des sciences du langage, de la communication.

Le tremblement physiologique est un très petit mouvement involontaire. Lors d'une tâche posturale impliquant le membre supérieur, certaines études suggèrent que le système nerveux adopte une stratégie de synergie compensatoire afin de stabiliser le membre, i.e., minimiser l'amplitude du tremblement au bout du doigt. Plus précisément, la stratégie de synergie compensatoire serait un ajustement au niveau des articulations métacarpo-phalangienne, du poignet et de l'épaule, lorsque le coude est en extension complète. Selon cette stratégie, l'articulation métacarpo-phalangienne serait « bloquée » afin de réduire le degré de liberté à l'intérieur du membre supérieur. Les articulations du poignet et de l'épaule agiraient de façon complémentaire afin de réduire le mouvement au bout du doigt. Donc, lorsque le membre supérieur est abaissé au niveau de l'épaule (extension), le poignet compenserait (extension) afin de minimiser le mouvement. Par contre, l'effet réel d'une telle stratégie sur l'amplitude du mouvement n'a jamais été mesuré directement, puisqu'elle n'a été observée qu'avec des accéléromètres. La synergie compensatoire serait un mécanisme intrinsèque et involontaire de réduction du tremblement. Par ailleurs, certaines études ont observé qu'il était possible de moduler volontairement l'amplitude du tremblement physiologique du doigt à l'aide d'un feedback approprié. De plus, il a été démontré que la majorité de l'amplitude du tremblement du doigt est principalement situé dans les oscillations de basses fréquences qui ne sont pas reconnus comme étant sous l'influence du système nerveux. Le premier objectif de cette étude est d'identifier si l'amplitude du tremblement physiologique des segments du membre supérieur est située principalement dans les basses fréquences, comme il a été démontré pour le doigt. Le deuxième objectif est d'identifier si la synergie compensatoire est présente lorsque le tremblement est examiné en déplacement. Le dernier objectif est de déterminer s'il est possible de volontairement moduler l'amplitude du tremblement physiologique et d'identifier l'influence de cette tentative de modulation sur la synergie compensatoire. Afin d'atteindre les objectifs, le tremblement postural du membre supérieur de 25 participants âgés entre 18 et 31 ans a été mesuré. Plus précisément, le déplacement du tremblement a été mesuré au niveau du bout de l'index, de l'extrémité distale du 2e métacarpe, du processus styloïde du radius et de l'acromion à l'aide de lasers de haute précision. De plus, l'activité des muscles responsable de la mobilisation du membre supérieur a été mesurée, ainsi que le déplacement de la cage thoracique et de l'abdomen qui est associé à la respiration. Cinq conditions expérimentales ont été réalisées : A) Les participants devaient tenter de maintenir leur membre supérieur stable, vers l'avant (sans feedback). B) Les participants devaient stabiliser le bout de leur doigt afin de le mettre au même niveau qu'une cible stationnaire présentée sur un écran devant eux. C) Les participants devaient réduire volontairement l'amplitude du tremblement de leur membre supérieur en s'aidant d'un feedback représentant l'enveloppe linéaire du tremblement de leur doigt. D) Les participants devaient maintenir leur main et leur doigt stable lorsque l'avant-bras était appuyé. E) Les participants devaient maintenir leur doigt stable lorsque la main était appuyée. Afin de déterminer où se situe la majorité de l'amplitude du tremblement dans le spectre de puissance, nous avons calculé l'amplitude des oscillations situées dans différentes portions du spectre. Les résultats démontrent que la majorité des oscillations du tremblement physiologique se situe dans les basses fréquences pour tous les segments du membre supérieur. Ce qui indique que les oscillations de hautes fréquences, qui sont généralement associées à une origine dans le système nerveux central, n'ont que très peu d'importance dans l'amplitude du tremblement, quelque soit le segment. Ensuite, afin de déterminer si une synergie compensatoire existe, quatre différentes techniques d'analyse ont été utilisées : 1) une analyse de corrélation suggère que l'ensemble des segments du membre supérieur se déplacent dans la même direction la majorité du temps. 2) une analyse de corrélation-croisée démontre qu'aucun délai est introduit dans le lien entre le déplacement des segments. 3) une analyse de la cohérence indique que les oscillations de basses fréquences sont fortement liée et en phase. 4) l'amplitude du tremblement mesuré au bout du doigt n'est pas significativement différent de l'amplitude du tremblement estimé en considérant le membre supérieur comme étant un corps rigide. Ces résultats suggèrent qu'aucun mécanisme intrinsèque n'est présent pour réduire l'amplitude du tremblement physiologique du membre supérieur. De plus, lorsque ces résultats sont mis en contexte avec la littérature, ils proposent que le tremblement physiologique ne soit que du bruit omniprésent dans le système. Finalement, cette étude a permis de démontrer qu'il était possible de réduire l'amplitude du tremblement du membre supérieur et que cette diminution n'était pas due à un changement dans l'organisation du tremblement, ni dans la respiration ou l'activité musculaire. Ces résultats indiquent que malgré le fait qu'aucun mécanisme intrinsèque n'existe afin de moduler l'amplitude du tremblement, il est possible de le faire volontairement. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Tremblement, membre supérieur, modulation, laser, synergie.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les travaux présentés dans ce manuscrit s’inscrivent dans le cadre du développement de la commande robuste de l’équipe CRONE (Commande Robuste d’Ordre Non Entier). Ils portent plus précisement sur le développement d’une méthodologie de synthèse de la commande CRONE pour les systèmes multivariables avec une application au contrôle des moteurs à combustion interne. Après un chapitre d’introduction sur la commande robuste d’ordre non entier dans le but de garantir une robustesse des performances dynamiques par rapport aux variations des paramètres du modèle du système, une reformulation des conditions de stabilité de la méthodologie CRONE des systèmes multivariables (MIMO) carrées existante est proposée. Un ensemble de théorèmes est aussi proposé afin de pouvoir étendre la commande CRONE des systèmes MIMO carrés au cas plus général des systèmes multivariables ayant des retards purs et un comportement oscillatoire avec des pôles et des zéros qui ne sont pas nécessairement situés dans le domaine de stabilité. Le chapitre 3 de ce manuscrit est consacré d’une part à la commande des systèmes MIMO non-carrés (nombre d’entrées différent de celui des sorties), instables et à non-minimum de phase et d’autre part a la simplification des différentes méthodologies de commande proposées dans ce manuscrit. Cette simplification est basée sur une analyse des effets de couplage du système et sur l’hypotheses que dans certain cas des éléments de la matrice de transfert du système peuvent être considérés comme des incertitudes lors de l’optimisation de la boucle ouverte nominale non entiere. Outre un ensemble de cas académique pris dans la littérature, la validation de ces travaux est réalisée à travers la commande du système d'air de deux moteurs à combustion interne : un moteur à essence avec une loi de commande CRONE MIMO carrée ; un moteur diesel avec une loi de commande CRONE MIMO non carrée. Le but fixé par l'industriel à l'origine de ces applications est d’optimiser le compromis performances-pollution-consommation de ces moteurs tout en minimisant les efforts liés à la conception de ces nouvelles lois de commande. / The works presented in this thesis are led within the framework of robust control developments of the CRONE team (Robust Control of fractional order). They are carried more precisely on the development of a synthesis methodology of the CRONE control for multivariable systems with an application of controlling internal combustion engine. After an introductive chapter on the robust control of fractional order with a view to garanty dynamic performance robustness compared with parameter uncertainties of the system model, another stability condition formulation of the CRONE methodology for multivariable square systems is put forward. A set of theorems is also offered in order to extend the square MIMO system CRONE control to the most general case of multivariable systems having delays and oscillatory behaviours with zeros and poles that are not necessarily on the stability domain. Chapter 3 is devoted on one hand to the control of non square (number of entries differents from the output number), instable and non minimal phase MIMO systems and on the other hand on the simplification of different control methodologies detailed in this thesis. This simplification is based on the analysis of system coupling effects and under the assumptions that in some cases, elements of the system transfer matrix can be considered as uncertainties when optimizing the fractional nominal open loop. Beyond a set of academic cases out of the literature, the validation of these works is achieved through the control of the air intake of two internal combustion engines : a gasoline engine with a square CRONE MIMO control ; a diesel engine with a non square CRONE MIMO control. The aim specified by the industrial is to optimize the compromise between performances-pollution-consumption of these engines.

Le cortex moteur est responsable de la plupart des mouvements volontaires. Cependant, cette appellation de cortex moteur couvre en réalité plusieurs aires corticales chez l'humain, comme le cortex moteur primaire, le cortex prémoteur ou encore le cortex somatosensoriel, interagissant tous les uns avec les autres. Les zones des cortex sont reliées à des régions spécifiques du corps ; comme le CFA (Caudal Forlimb area) situé dans le cortex moteur primaire chez le rat, qui est la zone responsable des mouvements de la patte avant. Le CFA n'est pas la seule zone responsable des mouvements de la patte avant. Des travaux ont montré qu'une seconde zone existe dans le cortex prémoteur chez le primate, et dans le cortex moteur secondaire chez le rongeur. L'apprentissage tout au long de notre vie est possible grâce à la réorganisation des connexions neuronales dans les différents cortex. Ces changements ne sont pas spontanés et semblent être possibles suite au relâchement de la dopamine dans le cortex par les neurones dopaminergiques. Mon mémoire de maitrise porte sur l'exploration de l'origine de ces projections dopaminergiques vers les zones permettant le mouvement des pattes avant chez le rat, ainsi que sur la comparaison entre les projections dopaminergiques visant chacune de ces zones. Dans un premier temps, une brève présentation des différents cortex chez le rat et le primate, ainsi que de leurs fonctions connues sera effectuée, suivie d'une présentation de la dopamine et de ses implications dans la plasticité et le mouvement. Dans un second temps, les résultats obtenus lors de l'injection de différents marqueurs rétrogrades (Virus rétrograde, CTB et retrobeads) seront exposés, et conduiront à la conclusion que les neurones dopaminergiques projetant vers ces cortex se situent dans le mésencéphale, plus précisément dans l'aire ventrale tegmentale (VTA) et dans la substance noire.

La stimulation associative-pairée (PAS) est utilisée pour induire de manière non invasive des changements plastiques dans le cortex moteur primaire (M1). Les paradigmes de PAS classiques impliquent la combinaison d'une stimulation électrique sur un nerf périphérique et d'une stimulation magnétique transcrânienne (TMS) du M1. La PAS permet d'augmenter ou de réduire l'excitabilité de M1 selon l'intervalle de temps entre les deux stimuli et présente un intérêt pour la neuroréhabilitation. Toutefois, la stimulation électrique périphérique peut être inconfortable pour certaines personnes. Ainsi, nous proposons un nouveau paradigme de PAS excitateur non invasif et indolore qui consiste en la répétition à basse fréquence d'une stimulation magnétique périphérique simple sur le nerf médian suivie 25 ms plus tard d'une TMS du M1 controlatéral. Ce projet visait à tester et comparer, chez des sujets sains, l'influence de ce nouveau paradigme de PAS (PAS25-magnétique) à un paradigme de PAS classique (PAS25) sur M1 et l'excitabilité corticospinale, l'excitabilité des motoneurones spinaux, ainsi que la fonction manuelle. Nos résultats ont révélé une augmentation significative de l'excitabilité corticospinale en temps réel durant la PAS25-magnétique et la PAS25. De plus, nous avons observé une augmentation plus forte et soutenue de l'excitabilité corticospinale ainsi qu'une diminution importante de l'inhibition GABAergique dans M1 chez les répondants à la PAS25-magnétique par rapport aux répondants à la PAS25. Dans tous les cas, aucun changement de la fonction manuelle n'a été détecté, possiblement en raison d'un effet plafond chez les participants sains. Il s'agit de la première étude à tester et à démontrer l'efficacité de ce nouveau paradigme pour moduler l'excitabilité de M1. Par ailleurs, les participants ont perçu la PAS25-magnétique comme plus confortable par rapport au PAS25. Toutefois, des études à plus large échelle seront nécessaires afin d'évaluer plus précisément les effets de la PAS25-magnétique et ses mécanismes sous-jacents. / Paired associative stimulation (PAS) is used to non-invasively induce plastic changes in the primary motor cortex (M1). Conventional PAS paradigms involve the combination of an electrical peripheral nerve stimulation and transcranial magnetic stimulation (TMS) delivered over the primary motor cortex (M1). PAS can either enhance or reduce M1 excitability depending on the paired stimuli timing and is of interest in neurorehabilitation. However, the use of electrical peripheral nerve stimulation may be unpleasant to some people. Thus, in this project, we proposed a new noninvasive and painless excitatory PAS paradigm which consists of delivering low-frequency repetitive pairing of a single peripheral magnetic stimulus over the median nerve 25 ms before a TMS pulse to the contralateral M1. This thesis aimed to assess and compare, in healthy individuals, the influence of this new PAS paradigm (magnetic-PAS25) to the conventional PAS (PAS25) on M1 and corticospinal excitability, spinal motoneuron excitability, as well as hand motor function. Our findings revealed a significant real-time increase of corticospinal excitability during both magnetic-PAS25 and PAS25. Moreover, we observed a stronger and sustained increase of corticospinal excitability along with a prominent decrease of M1 GABAergic inhibition in the responders to magnetic-PAS25 as compared to responders to PAS25. Hand motor function remained unchanged in all cases likely due to a ceiling effect in healthy participants. This is the first study to test and provide evidence that magnetic-PAS25 has the capacity to promote changes in M1 excitability. Importantly, participants reported that magnetic-PAS25 was comfortable and not with the unpleasantness experienced during PAS25. These findings encourage future larger-sampled studies to further evaluate the effects of magnetic-PAS25 and its underlying mechanisms.

Nous étudions la production de couple et de polluants de moteurs à combustion interne à distribution variable d'un type fréquemment répandu dans l'industrie automobile (moteurs Diesel ou essence). Les systèmes de distribution variable (VVA pour Variable Valve Actuation) ont été introduits dans les moteurs pour optimiser l'efficacité du fonctionnement global sur des plages très larges de points de fonctionnement, considérés à l'équilibre. A tout instant, les résultats de la combustion dépendent du remplissage en air/gaz brûlés du cylindre, qui lui même dépend de la position des actionneurs VVA et des conditions dans le collecteur d'admission. Ces deux sous-systèmes ont des temps de réponse différents, ce qui conduit, pendant les transitoires, à des pertes d'efficacit ́e du moteur. Dans cette thèse, nous proposons une solution a ce problème, qui prend la forme de boucle de coordination entre les sous-systèmes de contrôle de bas-niveau. Cette coordination s'effectue par l'intermédiaire d'un modèle de remplissage développé dans ce manuscrit. Des résultats expérimentaux établissent qu'il est possible d'améliorer la production de couple et de réduire les polluants.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.