Une régression des principales modalités sensorielles (vision, audition, goût et odorat) est bien rapportée à l'âge. La perception tactile est influencée par différents paramètres. Un grand nombre de ces paramètres ont été bien étudiés dans la littérature tels que le système nerveux central, la densité des mécanorécepteurs dans la peau et les seuils de détection vibro-tactile. Ces paramètres ont été étudiés pour comprendre l'affaiblissement de la perception tactile au fil du temps et les différences naturelles entre les hommes et les femmes. Le doigt humain est toujours utilisé pour qualifier la qualité et les propriétés d'une surface. Par conséquent, un panel de différent âge et sexe est toujours utilisé par différents secteurs industriels afin de comprendre les besoins des consommateurs. Cependant, cette méthode est très coûteuse, longue et subjective. L’objectif de ce travail était de développer une méthodologie qui permette d'avoir une objectivation tactile semblable au panel, cela signifie qu'on doit prendre en compte les effets de l'âge et du sexe. Cette thèse a fourni des mesures in vivo pour 40 doigts humains. Nos développements proposent un doigt artificiel capable de mimer le doigt humain, en tenant l’effet de l'âge et du sexe. Pour atteindre notre objectif, nous avons développé plusieurs approches qui combinent à la fois, la topographie multi-échelle du doigt humain, ces propriétés mécaniques anisotropes, les propriétés tribologiques et l’effet de l’aire réelle de contact et la direction du toucher sur la force de frottement et les vibrations générées. Le développement d’un algorithme de traitement du signal, a permis d’identifier des coefficients représentatifs de la qualité de la surface touchée. L’ingénierie de l'émotion a été un autre axe de recherche dans de ces travaux. L’instrumentation du doigt humain avec un dispositif laser-doppler, a permis d’évaluer la qualité tactile des échantillons en fonction de l'émotion générée pendant le processus du toucher. Cette émotion est étudiée par la variation fréquentielle du débit sanguin. Le mise au point d’un doigt artificiel bio-inspiré qui possède des propriétés biophysiques proches du doigt humain, a permis de réaliser un démonstrateur de toucher qui peut intégrer l’âge et le sexe d’un panel. Ce dispositif répond au cahier des charges défini dans le projet ANR «plasticTouchDevice», et permet aux industriels de la plasturgie de mener des expertises de leurs innovations en ayant recours à un dispositif qui permet d’intégrer l’effet de l’âge et du sexe dans la métrologie de la qualité du toucher des matériaux plastiques. / A decline in the main sensory modalities (vision, hearing, taste, and smell) is well reported to occur with advancing age, it is expected a similar change to occur with touch sensation and perception. The tactile perception is influenced by different parameters. Many of those parameters have been well studied in the literature such as central nervous system, the density of mechanoreceptors in the skin and the vibro-tactile detection thresholds. These parameters have been studied in order to understand the weakens of tactile perception over time and the natural differences between men and women. The human finger is always used to qualify the quality and the properties of a surface. Therefore, a panel of different age and gender always used by companies in order to understand the customers’ needs. However, this method is very expensive, time-consuming and subjective. The objective of this work is to give a solution that avoid the limits of the actual method, but in the same time it should keep their advantages (age and gender). This thesis provided in vivo measurements for 40 human fingers. Our developments propose an artificial finger capable of mimicking the human finger, taking into account the effects of age and gender. To achieve our goal, we have developed several approaches that combine the multi-scale topography of the human finger, the anisotropic mechanical properties, the tribological properties, the effect of the real contact area, the direction of touch on the friction force and the vibrations generated by the human finger. The development of a new signal processing algorithm has made it possible to identify coefficients representative of the quality of the affected surface. The engineering of emotion has been another area of research in this work. Instrumentation of the human finger with a laser Doppler device, allowed to evaluate the tactile quality of the samples according to the emotion generated during the process of the touch. This emotion is studied by the frequency variation of the blood flow. The development of a bio-inspired artificial finger that has biophysical properties close to the human finger, has made it possible to realize a haptic touch demonstrator that can integrate the age and gender of a panel. This device meets the specifications defined in the ANR project "PlasticTouchDevice", and allows plastics industry to conduct expertise of their innovations by using a device that allows the integration of the effects of age and of gender in the metrology of the quality of the touch of plastic materials.

Le cadre neuroconstructiviste du développement cognitif, en considérant la variabilité des contraintes qui agissent dès la conception et façonnent le développement, apparaît pertinent pour considérer l’influence des expériences sensorielles précoces sur le développement neurocomportemental des nouveau-nés prématurés. Ils évoluent dans un environnement particulier et ont une vulnérabilité aux troubles neurodéveloppementaux, auxquels des atypies du traitement tactile et temporel sont associées. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier les compétences tactiles et temporelles des nouveaux nés prématurés, et d’évaluer l’effet de l’environnement précoce sur ces perceptions. La perception tactile passive et la cognition ont été étudié auprès de 61 nouveau-nés prématurés (nés entre 32 et 34SA) à 35 semaines d’âge corrigé. Les réponses d’orientation manuelle lors de stimulations tactiles passives du membre supérieur ont été mesurées lors d'un paradigme d’habituation et de déshabituation (changement de localisation ou pause dans la séquence de stimulation). Les prématurés montrent une réponse d'orientation manuelle aux stimuli, qui diminue lors de la répétition, indépendamment de son emplacement sur le bras. L'habituation est retardée chez les sujets nés le plus tôt, à un petit poids et ayant vécu davantage d’expériences douloureuses. Enfin, les prématurés perçoivent les changements de localisation du stimulus et l'intervalle interstimulus, ce qui suggère un développement prénatal des capacités de traitement temporel. Ces capacités de traitement temporel et leur utilisation pour générer une prédiction sensorielle ont été évaluées au cours d’une seconde étude. 19 nouveau-nés prématurés (nés entre 31 et 32 SA) ont été soumis à une séquence tactile (régulière ou irrégulière) aux âges corrigés de 33 et 35 SA. Les variations de flux sanguin cérébral été mesurées. Aux deux âges corrigés, les stimuli tactiles sont associés à une réponse hémodynamique au sein du cortex somatosensoriel. À 33 semaines d’âge gestationnel corrigé les omissions dans la séquence sont associées à une augmentation du flux sanguin cérébral, qui indique que les prématurés forment des prédictions sensorielles, indépendamment du groupe expérimental. Ce travail de thèse permet de mieux caractériser les capacités de traitement tactile et temporel des nouveau-nés prématurés, qui manquent d’investigations récentes et approfondies. De plus, il apporte des arguments rationnels qui pourraient permettre de proposer des thérapies sensorielles à ces patients, basées sur leurs capacités de perception. / The neuroconstructivist theoretical framework of cognitive development, taking into account the variability of the constraints that act from the conception to shape development, is relevant to consider the early influence of sensory experiences on the neurobehavioral development of preterm neonates. They evolve in a particular environment and are vulnerable to neurodevelopmental disorders, to which atypical tactile and temporal processing are associated. The aim of the thesis is to study tactile and temporal abilities in preterm newborns and to evaluate the effect of the early environment on these perceptions. We included 61 preterm neonates (born between 32 and 34 weeks of gestational age (wGA)). At 35 weeks of corrected gestational age, we measured orienting responses (forearm, hand, and fingers movements) during vibrotactile stimulation of their hand and forearm, during a habituation and dishabituation paradigm, the dishabituation being either a location change or a pause in the stimulation sequence. Preterm newborns displayed a manual orienting response to vibrotactile stimuli which significantly decreased when the stimulus was repeated, regardless of the stimulated location on the limb. Habituation was delayed in subjects born at a younger gestational age, smaller birth weight, and having experienced more painful care procedures. Preterm neonates perceived changes in stimulus location and interstimulus time interval, suggesting a prenatal development of temporal processing capacities. These temporal processing abilities and their use to generate sensory prediction are being evaluated in a second study. 19 premature neonates (born between 31 and 32wGA) were presented with a tactile sequence (regular or irregular) at 33 and 35 weeks of corrected GA. Variations in cerebral blood flow were measured. At both corrected GA, tactile stimuli are associated with a hemodynamic response in the primary somatosensory cortex. At 33 weeks of corrected GA, omissions in the sequence are associated with an increase in cerebral blood flow, which indicates that premature neonates form sensory predictions, regardless of their experimental group. This thesis work allows to better characterize the tactile and temporal processing abilities in premature neonates, which lack recent and thorough investigation. In addition, it provides rational arguments that could help to propose sensory therapies to these patients, based on their perceptual abilities.

Des études suggèrent que certaines capacités sensorielles peuvent être augmentées chez l’humain, soit i) à la suite d’un entraînement ou ii) à la suite de privation sensorielle précoce. Des études suggèrent qu’une telle altération sensorielle peut être retrouvée chez les personnes ayant subi un entraînement musical. L’interaction entre ce qui est entendu et ressenti est spécialement importante lorsqu’un individu joue d’un instrument de musique. L’entraînement musical est reconnu comme étant une forme d’entraînement multisensoriel incluant des interactions entre des composantes auditives, visuelles et tactiles. Celui-ci peut mener à des réorganisations anatomiques et structurelles dans les régions corticales associées à ces modalités sensorielles. Plusieurs études comportementales ont révélé des habiletés de détection tactile améliorées chez les musiciens. Il est toujours incertain que ces améliorations puissent être retrouvées lors de processus plus complexes tels que la reconnaissance des émotions. Une autre population d’étude pourrait aussi révéler une altération des capacités tactiles, soit les personnes sourdes de naissance. Des études en imagerie ont révélé que les stimuli vibrotactiles activaient les régions auditives chez les personnes sourdes, suggérant ainsi une importante réorganisation tactile chez ces individus. Pourtant, au niveau comportemental, les capacités de détection tactile semblent similaires aux contrôles. Récemment, il a été suggéré que des processus tactiles plus complexes pourraient permettre de révéler des différences comportementales entre les personnes sourdes et entendantes. Malheureusement, tout comme chez les musiciens, ces processus n’ont toujours pas été évalués à ce jour. L’objectif principal de cette thèse est donc d’évaluer i) la perception unisensorielle tactile, auditive ainsi que multisensorielle chez les musiciens et ii) la perception unisensorielle tactile chez les sourds à l’aide de tâches non-musicales et musicales. Chez les musiciens, les résultats de cette thèse suggèrent des capacités de discrimination fréquentielle auditive, tactile et audiotactile améliorées (étude 1) ainsi que des améliorations de la perception d’émotions musicales complexes auditive et tactile (étude 2). Ces études supportent l’hypothèse qu’une formation musicale à long terme : i) entraîne une amélioration des capacités unisensorielles auditives et tactiles, mais surtout que celle-ci s’étend à des processus tactiles complexes, ii) a un impact à tous les niveaux hiérarchiques du traitement sensoriel et cognitif. Chez les individus sourds, les résultats ont révélé un plus haut taux d’erreurs lors de la tâche de détection d’ordre temporel tactile (étude 3). Ce résultat suggère que la cartographie spatiale du toucher est altérée chez les individus sourds. De plus, l’étude ayant mesuré la perception des émotions tactiles a révélé que ceux-ci sont capables d’identifier des émotions via la modalité tactile seule et ont même une capacité améliorée à identifier la joie (étude 4). Cette capacité accrue à percevoir la joie dans une mélodie via la modalité tactile illustre que des habiletés tactiles complexes peuvent être améliorées suite à une privation auditive de longue date. Ces deux études mises en commun illustrent que des capacités tactiles complexes non-musicales et musicales sont altérées chez l’individu sourd, ce qui supporte les études suggérant une réorganisation corticale des aires auditives et tactiles chez les individus sourds. / Studies suggest that some sensory abilities may be increased in humans, either i) following training or ii) following early sensory deprivation. Studies suggest that such sensory alteration can be found in people who have undergone musical training. The interaction between what is heard and felt is especially important when an individual is playing a musical instrument. Musical training is well-known as a form of multisensory training that includes interactions between auditory, visual and tactile modalities. This can lead to anatomical and structural reorganizations in the cortical regions associated with these sensory systems. Several behavioral studies have revealed improved tactile perception skills in musicians. It is still unclear whether these improvements can be found for more complex processes, such as recognition of emotions. Similar alteration of tactile abilities may also be found in another population, namely early-deaf individuals. Imaging studies have shown that vibrotactile stimuli activate auditory regions following deafness, suggesting a significant tactile reorganization of their cortex. Yet, from a behavioral point of view, tactile perception in deaf seems similar to controls. Recently, it has been suggested that more complex tactile processes may reveal behavioral differences between deaf and normal-hearing individuals. Unfortunately, similarly to musicians, these processes have not been investigated to date. The main objective of this thesis is therefore to evaluate via non-musical and musical tasks i) tactile, auditory and multisensory perception of music among musicians and ii) tactile perception of music among deaf individuals. For musicians, results of this thesis suggest enhanced auditory, tactile and audio-tactile frequency discrimination capabilities (Study 1). Also, results suggest an increase perception of emotions in music, which suggests improvements for complex auditory and tactile abilities (Study 2). These studies support the hypothesis that long-term musical training: i) leads to improved auditory and tactile perception, but especially that it extends to complex tactile processes, ii) has an impact at all hierarchical levels of sensory and cognitive processing For deaf individuals, results revealed a higher error rate during the tactile temporal order detection task (Study 3). This result suggests that spatial mapping of touch is impaired in deaf individuals. In addition, the study measuring tactile perception of emotion in music revealed that they are able to identify emotions via tactile modality solely. Also, improvements were found for the identification of happy emotion via tactile modality solely (Study 4). This increased ability to perceive happiness in a melody via the tactile modality illustrates that complex tactile skills can be improved following longstanding hearing deprivation. These two studies together suggest that complex non-musical and musical tactile abilities are altered in the deaf individual, which supports studies suggesting a cortical reorganization of auditory and tactile areas following long-term auditory deprivation.