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

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

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

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

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

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La question principale de cette thèse est la pertinence de l’utilisation d’humains virtuel pour l’enseignement de geste moteur. Une première étude explore la question de la faisabilité d’un apprentissage par l’imitation d’un humain virtuel. Pour ce faire, l’amélioration de performance de trois gestes de karaté par trois groupes s’entraînant dans différents environnements est évaluée. Une classe traditionnel de karaté, un enseignement par vidéo et un enseignement en réalitévirtuel sont comparé. Une seconde étude évalue l’influence d’une représentation de soi dans l’environnement virtuel sur la réalisation de la tâche d’apprentissage. Les participants à cette étude ont un retour visuel de leur action sous la forme d’un avatar cylindrique représenté dans un miroir de l’environnement virtuel. L’influence de cet avatar sur la tâche d’apprentissage est évalué de deux façon : 1) par l’évaluation externe de la performance 2) par le biais d’entretiens d’explicitation qui permettentd’obtenir le point de vue du participant. Ces deux études sont complétées par une troisième étude qui évalue un outil d’évaluation automatique de la performance. Cet outil est conçue dans le but d’éliminer les biais créés par un évaluateur humain. Un tel outil est nécessaire afin de pouvoir comparer les quatre environnements d’apprentissage présentés dans cette thèse ainsi que ceux qui seront créé dans le futur. En effet, seul un évaluateur automatique peut être parfaitement consistent sur toute la durée des études.En conclusion, ces études ont permit d’établir que l’apprentissage par l’imitation d’un humain virtuel est possible. En conséquence, l’utilisation d’humains virtuels pour l’enseignement de gestes moteurs est pertinente. Ces environnements peuvent être utiles à plusieurs fins. Ils peuvent servir d’environnements contrôles pour l’étude de l’apprentissage par imitation. Le protocole développé dans cette étude peut être utilisé dans une boucle itérative pour le développementde version subséquentes d’environnements virtuel ou d’accélérateurs d’entraînement virtuel. Ce protocole peut également être utilisé pour le développement de jeux vidéos actifs plus efficaces pour combattre la sédentarité et la crise mondiale d’obésité qui y est rattachée / The main question of that thesis is on the relevance of using virtual humans to teach complex motor skills. The first study explores the question of the feasibility of learning by imitation of a virtual human by comparing the improvement of the performance on three karate gestures for three groups, namely a traditional class, a video-based group and a virtual reality group. The second study investigates the influence on the learning task of having a self representation in the virtual environment. The participants have a feedback of their movements represented on a mirrored cylindrical gray avatar. The impact of that avatar on the learning task of the participants is assessed by two means. Performance evaluations are performed and give an external perspective on the learning. Evocation interview are also performed to get an insight of the learning task from the participants point of view. Finally, these two studies are completed by a third one investigating the possibility to have an automatic performance evaluator in order to reduce grading discrepancies generated by humans graders. Such a tool would be required to have an objective performance evaluation of all the participants in order to compare the four learning environments presented in that thesis and eventual further iteration of these environments. The conclusion our the studies presented in that thesis are that learning motor skills from the imitation of a virtual human is possible. Consequently, virtual learning environments for motorskills teaching are relevant. Furthermore, these environments can be used in various types of applications. They can be used as a study tool for standard and controlled investigation of teaching by demonstration. They can also be used in an engineering loop for the development of further learning environments and training accelerators. They also have a potential usage in the development of exergames in response to the international obesity crisis

La fragmentation de l'appareil de Golgi représente un des changements les plus précoces et les plus répandus dans les maladies neurodégénératives. Afin de comprendre les mécanismes moléculaires de ces changements, j'ai étudié deux modèles expérimentaux de maladie du neurone moteur. 1. Les souris pmn (progressive motor neuronopathy) : Celles-ci sont atteintes d'une forme très grave de dégénérescence des neurones moteurs et des défauts moléculaires sont liés à une mutation faux-sens d'une protéine localisée au niveau du Golgi, la chaperonne des tubulines TBCE, identifiée par (Martin, Jaubert et al. 2002; Schaefer, Schmalbruch et al. 2007). Au cours de ma thèse, nous avons identifié des anomalies importantes du Golgi dans les neurones moteurs lombaires de souris pmn et déterminé leur relevance fonctionnelle ainsi que les mécanismes moléculaires. D'après les immunomarquages et la modélisation 3D des membranes, la fragmentation et l'atrophie du Golgi dans les neurones lombaires moteurs pmn ressemblent à celles rapportées dans la SLA et se produit dans des cinétiques similaires. Les analyses en microcopie électronique montrent que l'empilement des citernes golgiennes est progressivement remplacé par des petites vésicules. Les analyses biochimiques révèlent : 1/ une redistribution cytosolique des protéines d'arrimage tel que GM130, 2/ une diminution des protéines β-COP et 3/ une augmentation considérable des protéines golgiennes d'amarrage v-SNARE GS15 et GS28 contrôlant la fusion des vésicules. / Fragmentation of the Golgi apparatus represents one of the earliest and most constant pathological changes in neurodegenerative diseases. To understand the molecular mechanisms of these changes I investigated two experimental models of motor neuron diseases. 1. pmn mice with progressive motor neuronopathy. The pmn mice were chosen since they suffer from a very aggressive form of motor neuron degeneration and since their molecular defects represents a missense mutation in a Golgi-localized tubulin chaperone TBCE, as shown by previous (Martin et al 2002, Schäfer et al 2007). In the last years, we identified severe Golgi abnormalities in motor neurons of pmn mice and dissected out their functional relevance and molecular mechanisms. According to immunolabelings and 3D membrane modelings, Golgi fragmentation and atrophy in lumbar pmn motor neurons resembled those reported in human ALS and proceeded with similar kinetics. Electron microscopy illustrated that Golgi cisternae were progressively transformed into small vesicles. Biochemical analyses revealed : 1/ a cytosolic redistribution of tethering factor such as GM130, 2/ a decrease in β-COP protein level and 3/ a massive increase in the Golgi v-SNARE proteins GS15 and GS28 controlling vesicle fusion. These pathological changes were due to loss of TBCE expression since they could be rescued by transgenic expression of wildtype TBCE but not mimicked by sciatic nerve axotomy. They involved defective dynamics of Golgi-derived microtubules rather than accumulation of misfolded tubulins as shown by the differential effects of TBCE-depletion, Nocodazole and a folding-incompetent tubulin mutant.

Nous proposons dans ces travaux, une solution aux problèmes de longue date posés par le control sans capteur d’une machine électrique. Cette solution consiste à élaborer un contrôleur asymptotiquement stable qui régule la vitesse du moteur en mesurant uniquement les coordonnées électriques. Nous l’avons appliqué à un moteur synchrone à aimant permanent non saillant, perturbé par un couple de charge constant non connu. Le schéma proposé est un observateur non linéaire d’ordre 4, basé sur le control qui ne dépend pas d’opérations non robustes intrinsèques au système, comme l’intégration de boucle ouverte à un système dynamique et ce schéma peut être facilement intégrée en temps réel. Le contrôleur est facile à commander par l’ajustement du gain qui détermine directement le taux de convergence de la position et de la vitesse et charge le couple d’observateurs. Les simulations et les résultats expérimentaux mettent en évidences les bonnes performances ainsi que la robustesse des paramètres d’incertitudes du schéma que nous proposons. La comparaison par simulation avec un contrôleur sans capteur à champ orienté présenté récemment dans la littérature, a également été effectuée. La thèse se termine par des remarques de conclusion et des propositions de sujet de recherche s’inscrivant dans la continuité de ces travaux. / A solution to the longstanding problem of sensorless control of an electrical machine is provided in this work. That is, the construction of an asymptotically stable controller that regulates the mechanical speed of the motor, measuring only the electrical coordinates. The result is presented for a non-salient permanent magnet synchronous motor perturbed by an unknown constant load torque. The proposed scheme is a fourth order nonlinear observer-based controller that does not rely on-intrinsically nonrobust-operations like open-loop integration of the systems dynamical model nor signal differentiation, and can be easily implemented in real time. The controller is easy to commission, with the tuning gains directly determining the convergence rates of the position, speed and load torque observers. Simulation and experimental results that illustrate the good performance, as well as the robustness to parameter uncertainty, of the scheme are presented. A simulated comparison with a sensorless field-oriented controller, recently proposed in the drives literature, is also carried out. The thesis is closed with some concluding remarks and some potential research topics generated from this work.

La souris scrambler (Dab1scm) est un mutant ataxique cérébelleux qui présente une mutation naturelle du gène mdab1, codant pour une protéine intracellulaire nécessaire à la voie de signalisation de la rééline. Cette protéine joue un rôle crucial dans la mise place et la plasticité des structures laminées telles que le cortex cérébral, l’hippocampe ou le cervelet. Notre objectif a été de caractériser le phénotype comportemental et neurochimique de la souris scrambler au cours du développement post-natal et à l’âge adulte. Les premiers signes de l’ataxie cérébelleuse sont observables dès 8 jours et sont majorés au cours des 2ème et 3ème semaines de vie post-natale. A l’âge adulte, la souris se caractérise par un trouble important de la coordination motrice et une hyperactivité locomotrice exacerbée et stéréotypée (comportement de rotation) lorsque l’animal est placé en milieu aquatique. Les tests du labyrinthe aquatique de Morris et de l’alternance spontanée mettent en évidence des déficiences possiblement causées par un trouble du guidage visuo-moteur et la désinhibition comportementale. Chez ces souris, l’activité métabolique régionale évaluée par le marquage de la cytochrome oxydase est relativement préservée dans le cervelet ; elle est en revanche altérée dans diverses régions du tronc cérébral qui lui sont associées ainsi que dans l’hippocampe et certaines régions corticales. Le comportement de rotation stéréotypé et l’hyperactivité causés possiblement par un déséquilibre neurochimique acétylcholine/dopamine a été évalué dans un rotamètre avec ou sans injection préalable d’un antagoniste des récepteurs D2. Parallèlement, l’innervation cholinergique du système nerveux central, révélée par l’activité de l’acétylcholinestérase était diminuée dans la substance noire pour laquelle nous avons observé une désorganisation et une perte partielle des neurones dopaminergiques. Bien que les atteintes multiples compliquent l’étude structuro- fonctionnelle de ce mutant, nos résultats ont permis de préciser le phénotype scrambler en le comparant aux autres mutants de la voie de la rééline. Ces mutants font l’objet aujourd’hui d’un intérêt croissant pour la modélisation non seulement de l’ataxie mais également de certaines maladies neurologiques et neuro-psychiatriques comme l’autisme et la schizophrénie / The Dab1scm scrambler mice is a cerebellar ataxic mutant spontaneously mutated for a gene encoding a protein of the reelin signaling pathway involved in the development and the plasticity of laminated structures such as the neocortex, the hippocampus, and the cerebellum. Our objective was to characterize the behavioral and neurochemical phenotype of the scrambler mice during postnatal developmental and adult stages. The first signs of cerebellar ataxia are observable as early as 8 days and increase during the 2nd and 3rd weeks of postnatal life. Adult mouse is characterized by a significant disturbance of motor coordination and a locomotor hyperactivity which increases ans becomes stereotyped (circling) when the animal was placed in water. Morris water maze and spontaneous alternation highlight deficiencies possibly caused by disorder of visuomotor control and disinhibitory processes. Brain regional metabolic activity measured by cytochrome oxidase is relatively preserved in the mutant cerebellum. However, it is impaired in various connected regions of the brainstem as well as in the hippocampus and some cortical regions. Circling behavior and hyperactivity, possibly caused by a neurochemical imbalance between acetylcholine and dopamine, were evaluated in a rotameter with or whithout prior injection of D2 receptor antagonist. In parallel, cholinergic innervation of the central nervous system measured by acetylcholinesterase activity is lower in the substantia nigra for which a partial disruption and loss of dopaminergic neurons is observed. Although the multiple alterations complicate the structuro-fonctional study of this mutant, results have clarified the scrambler phenotype by comparison with others mutants of the reelin pathway. This mutants are now subject to a growing interest in not only ataxia modeling but also some neurological and neuropsychiatric diseases