Ce travail de recherche s’inspire de l’approche d’énaction élaborée par F.-J Varela lorsqu’il développa sa théorie de la cognition incarnée. Pour qu’une propriété cognitive soit incarnée, il faut que l’organisme vivant s’engage perceptivement dans un processus dynamique avec le monde environnant. Afin de développer les moyens musicaux pour motiver les auditeurs à s’approprier leurs expériences vécues, nous proposons le terme « d’espace sensible » dans le but d’articuler le jeu d’écoute musicale et de l’expérience inter-sensorielle et corporelle. Cette dernière consiste en l’expérience d’interaction sensorielle entre l’extéroception et la proprioception. De même, nous spécifions l’expérience corporelle sur ses deux aspects : le corps physique et le corps virtuel – leschéma corporel et l’image du corps. La relation inharmonieuse de ces deux aspects du corps entraînera chez un sujet-percevant une tension, voire une souffrance, physique et psychique. Pour entraîner le sujet-percevant à prendre conscience de cette discordance, différentes méthodes de rééducation somatique sont développées. Dans ce contexte, émettons l’hypothèse que l’utilisation de dispositifs musicaux interactifs peut contribuer à l’exploration de l’espace sensible et ainsi exercer un impact bénéfique dans le cadre de la rééducation somatique. Les moyens de démonstration consistent en la construction et le test de protocoles de jeux d’écoute, à exposer le public à des dispositifs multimédia interactifs ainsi que l’étude de cas propre aux enfants atteints d’autisme. Nous nous approprions plusieurs techniques pour mettre en place des dispositifs musicaux interactifs : l’improvisation collaborative, la synchronisation spontanée de la posture et du mouvement corporel, l’empathie kinesthésique réciproque. Enfin, nous mettons en évidence les effets bénéfiques de l’introduction des dispositifs musicaux numériques dans le cadre du soin somatique. A la vue de ces résultats expérimentaux, nous sommes autorisés à affirmer que l’exploration de l’écoute peut avoir un impact bénéfique dans un contexte de rééducation somatique à condition que l’écoute soit en acte et vécue musicalement. / This research was inspired by the enactive approach elaborated by F.-J Varelawhen he developed the embodied cognition theory; a living organism has to be involved physically and perceptually in a dynamic process with its surrounding environment so that a cognitive property can be embodied. To develop musical possibilities to motivate the listeners to appropriate their real life experiences, we are proposing the term "sensitive space" to articulate two practices of inter-sensory and physical experience : gameplay of musical listening and somatic exercise. This inter-sensory experience consists of the sensory interaction between exteroception and proprioception. We also focus on two specific aspects of this physical experience: the physical body and the virtual body - the body schema and the body image. The inharmonious relation of these two aspects will lead to a tension, sometimes to physical and psychic pain. To help the perceiving subject to become aware of this conflict, various somatic techniques are developed. We emit the hypothesis that the use of interactive musical devices can contribute to the exploration of the sensitive space, and thus bring a beneficial impact in somatic learning and rehabilitation. Several ways of demonstrating are: 1) the construction and tests of listening gameplay protocols, 2) the public exhibition of interactive multimedia devices 3) the case study on children affected by autism. We use different techniques to set up interactive musical devices: collective improvisation, spontaneous synchronization of the posture or the physical movement, kinesthetic empathy, etc. Finally, we highlight the beneficial aspects of introducing the interactive musical devices within the framework of healthcare. With these experimental results, we can then assert that the exploration of musical listening can have a beneficial impact in the context of somatic learning, on the condition that the listening is an act and lived musically.

Les petits robots humanoïdes sont généralement soumis à de nombreuses imperfections : déformations et jeux mécaniques, défauts électriques et problèmes d'asservissements moteurs. L'objet de ces travaux est l'utilisation de techniques d'apprentissage pour compenser les imperfections du robot réel. L'amélioration de la précision de l'odométrie et de la stabilité de mouvements générés est étudiée. Cette thèse est fortement guidée et inspirée par la participation de l'équipe Rhoban (Rhoban Football Club) à la compétition internationale de robotique, la RoboCup. Depuis 2011, l'équipe concourt chaque année dans la ligue des petits robots humanoïdes complètement autonomes (Humanoid Kid-Size) dans un tournoi de football robotique. L'odométrie proprioceptive estime les déplacements du robot à partir de ses capteurs internes (la caméra n'est pas utilisée) alors que l'odométrie prédictive simule les déplacements engendrés par une séquence donnée d'ordres du mouvement de marche. Deux méthodes de correction sont ici proposées pour les deux odométries. La première se fonde sur une technique de régression non paramétrique (LWPR) et un système externe de capture de mouvement. La deuxième optimise (CMA-ES) un modèle de correction linéaire sans ne nécessiter aucun autre dispositif de mesure. L'odométrie proprioceptive est essentielle à la localisation du robot sur le terrain de football alors que l'odométrie prédictive permet d'entraîner hors ligne une politique de contrôle de la marche. La synthèse de mouvements très dynamiques tels que la marche ou le tir est rendue difficile par la forte contrainte de stabilité bipède et les imperfections des servomoteurs. Des mouvements de tir sont tout d'abord générés par optimisation (CMA-ES) et évalués au travers du modèle dynamique inverse du robot. Le développement d'un simulateur physique a été commencé. Le but est de réduire la distance entre le comportement réel et désiré du robot par correction des mouvements au sein du simulateur. / Small humanoid robots are often affected by many flaws : mechanical wraps and backlashes, electrical issues and motor control problems. This work is aimed at applying machine learning methods to deal with the flaws of the real robot. More precisely, improving the odometry accuracy and generated motion stability is studied. This thesis is highly guided and inspired by the participation of the Rhoban team (Rhoban Football Club) to the international RoboCup competition. Since 2011, the team has been competing each year in a soccer tournament within the fully autonomous small humanoid robots (Kid-Size) league. Proprioceptive odometry estimates the robot displacements from its internal sensors (no camera is used) whereas predictive odometry simulates the displacements created from a sequence of walk orders. Two corrective methods are proposed for the two kinds of odometries. The first one is based on a non parametric regression (LWPR) and a motion capture setup. The second one optimizes (CMA-ES) a linear corrective model without needing any external measure system. The proprioceptive odometry is essential to the localization of the robot on the soccer field. The predictive odometry is used to train a control policy for the walk motion. The generation of very dynamic motions like walking or kicking the ball is difficult due to the biped balance constraint and the many servomotor flaws. To start, kick motions are generated by optimization (CMA-ES) and evaluated based on the inverse dynamic model of the robot. The implementation of a physics simulator has been started. The objective is make the real behaviour of the robot to catch up the target trajectory by correcting the motion within the simulator.

L’Instabilité Chronique de la Cheville (ICC) est une possible complication fonctionnelle consécutive à une entorse collatérale latérale et est définie par une sensation de « giving way » décrite subjectivement, qui correspond au dérobement de la cheville pendant sa mise en charge. Afin de mieux caractériser l’ICC, il est important de pouvoir proposer des mesures objectives. Ce travail a pour objectif d’évaluer de manière globale, au cours de diverses tâches, les différents mécanismes impliqués dans l’ICC, et ce, en comparant la motricité de sujets asymptomatiques et de personnes souffrant de cette pathologie.Les résultats de ce travail mettent en évidence plusieurs mécanismes caractéristiques qui témoignent d’une augmentation du risque d’entorses et d’instabilités latérales. Ces mécanismes affectent le contrôle postural des personnes se plaignant d’une ICC et résultent d’une altération du système proprioceptif, utile dans la régulation des mouvements et des positions des différents segments, ainsi que du système musculaire, générateur de force et stabilisateur de la cheville. Des adaptations centrales illustrant une stratégie visant à protéger la cheville des contraintes éventuellement traumatiques sont également suggérées par les résultats.Les tests mis en place dans ce travail peuvent fournir aux thérapeutes des informations objectives sur l’ICC. L’efficacité de ces tests pour caractériser cette pathologie a été démontrée, mais ceux-ci pourraient également être utilisés comme diagnostic initial et final lors d’une prise en charge rééducative. Ces nouvelles informations pourront effectivement compléter celles concernant l’historique du patient et permettraient ainsi d’apporter une dimension objective à la caractérisation d’une pathologie initialement décrite subjectivement. / Chronic Ankle Instability (CAI) is a possible functional complication consecutive to a lateral ankle sprain and is defined by a feeling of ankle “giving way”, subjectively described, which corresponds to a flinch of this joint during its loading. In order to improve CAI characterization, it is important to submit objectives measures.The objective of this work is to globally assess the different mechanisms involved in CAI, during several functional tasks. A comparison between asymptomatic subjects and subjects with CAI is made about functional abilities.Results highlight several characteristic mechanisms that attest of an increase of ankle sprain and lateral instabilities risks. These mechanisms affect postural control of people complaining CAI, and result in an alteration of proprioceptive system, useful in movement and positioning regulation of body segments, and an alteration of muscular system, which generates force and stabilizes the ankle joint. Central adaptations illustrating a protective strategy against prospective traumatic movements are also suggested by the results.Tests used in this work can provide objective information about CAI to the therapists. Efficiency of these tests to characterize CAI is demonstrated, but they could also be used as an initial or final diagnostic during a rehabilitation program. Indeed, these new information can complete the patient historic and could adduce an objective regard to the characterization of a pathology initially described subjectively by the patient.

Nous percevons mieux notre corps et notre environnement si l’on tient compte de plusieurs sources sensorielles en même temps. Mais tous les systèmes sensoriels déclinent progressivement au cours du vieillissement. Cette thèse a contribué à mieux comprendre comment les perceptions multisensorielles et les réseaux cérébraux qui les sous-tendent sont modifiés chez la personne âgée. Ce travail souligne l’existence d’une repondération des informations sensorielles et une facilitation générale des processus d’interaction entre les sens pour optimiser la perception des mouvements du corps ou la perception de textures dès 65 ans. Au niveau cérébral, l'effondrement des processus inhibiteurs avec l'âge entrainerait une moins bonne sélection des réseaux et expliquerait les troubles perceptifs. Néanmoins, les personnes âgées pourraient bénéficier d’un recrutement cérébral moins spécifique pour surmonter au moins partiellement ces déclins sensoriels. / We can better perceive our body and our environment if we take into account several sensory sources at the same time. However, all sensory systems gradually decline with aging. This thesis contributes to a better understanding of how multisensory perceptions and the underlying brain networks are modified in the elderly. This work highlights both a reweighting of sensory information and a general facilitation of interaction processes between the senses to optimize the perception of body movements or the perception of textures as soon of 65 years old. At the brain level, the break-down of inhibitory processes with age would lead to a poorer selection of networks and would explain perceptual disorders. Nevertheless, older people could benefit from less specific brain recruitment to at least partially compensate these sensory declines.

L'objectif de ce travail de thèse est de permettre sur le long terme de proposer des interactions sociales personnalisées exploitant l’attirance que les personnes souffrant de Troubles du Spectre Autistique (TSA) ont envers les robots humanoïdes, tels que Nao (Softbank Robotics), afin d’améliorer leurs capacités d’interaction sociale. Trois institutions spécialisées pour personnes atteintes de TSA participent à notre étude : l'IME Notre Ecole et l'IME MAIA, Institut médico-éducatif pour enfants et adolescents atteints de TSA et la Lendemaine, Foyer d’Aide Médicalisée pour adultes atteints de TSA.Les différences inter-individuelles sont très présentes dans les TSA et elles impactent différemment le comportement de chaque individu avec TSA dans sa vie (par exemples la communication, l'attention jointe, ou encore les troubles moteurs, à des degrés différents pour chaque individu), et dans cette étude, durant leur interaction sociale avec un robot.Afin d’envisager à long terme une interaction personnalisée pour chaque participant, une première étape a consisté à définir leur profil sensorimoteur. L'hypothèse qui guide notre étude est que l'intégration des informations visuelles et proprioceptives (perception, consciente ou non, de la position et des changements des différentes parties du corps) d'une personne joue un rôle sur ses capacités sociales. Une personne qui réagit peu aux informations visuelles et qui utilise les informations proprioceptives relatives à ses mouvements ou à la position de son corps de manière exacerbée, aurait plus de difficultés à s’engager et à maintenir une interaction sociale.Les profils sensoriels des participants ont été évalués à l’aide du test du Profil Sensoriel de Dunn et du test sensorimoteur impliquant une scène mobile virtuelle afin d’évaluer leur dépendance visuelle et proprioceptive. L'analyse des données a permis de classer nos participants en trois groupes montrant des comportements différents face aux informations proprioceptives et visuelles, et à leur intégration.Nous avons ensuite étudié les liens entre les profils sensoriels des participants et leurs différents comportements sociaux à travers plusieurs tâches impliquées dans les interactions sociales : (1) reconnaissance d'émotions exprimées par deux robots, un avatar et une personne ; (2) interaction sociale avec le robot Nao sur la salutation ; (3) attention conjointe avec le robot Nao, et (4) imitation avec le robot Nao. Cette dernière tâche a fait l’objet de sessions répétées sur huit semaines (modèle de thérapie sur l'apprentissage et de renforcement de l'imitation pour enfants avec TSA).A travers ces études, nous avons pu observer que les participants ayant une plus forte dépendance à la proprioception et une indépendance au champ visuel ont eu plus de difficultés à interagir avec le robot (moins de regards vers le robot, moins de réponses à l'attention conjointe, plus de difficultés à reconnaitre les émotions, et à imiter un partenaire) que les autres participants.Nous avons pu observer que les sessions avec le robot Nao ont eu un effet bénéfique chez les participants avec TSA. A la suite des sessions répétées avec le robot Nao, les participants ont montré une amélioration de leurs capacités sociales (regard vers le partenaire, imitations) vers un partenaire d'imitation humain.Ces résultats confortent l'idée d'utiliser les profils sensoriels des personnes avec TSA pour leur proposer, dans des recherches futures, des interactions personnalisées avec les robots. / The goal of this thesis is to provide contributions that will help in the long term to enable personalized robot-based social interaction for individuals with Autism Spectrum Disorders (ASD). This work was done in collaboration with three care facilities for people suffering from ASD: IME MAIA (France) and IME Notre Ecole, medical and educative schools for children and teenagers with ASD, and FAM La Lendemaine (France), a medical house for adults with ASD.Inter-individual differences are present in ASD, and impact the behaviors of each individual in their lives, and in this study, during their interactions with a robot.The first step of our work was to propose an appropriate method to define the proprioceptive and visual profiles of each of our participants. We based our work on the hypothesis that the proprioceptive (the ability of an individual to determine body segment positions (i.e., joint position sense and to detect limb movements in space) and visual integration of cues of an individual with ASD is an indicator of their social and communication skills. We posit that a mitigated behavioral response (i.e., hyporeactivity) to visual motion and an overreliance on proprioceptive information are linked in individuals with ASD to their difficulties in integrating social cues and engaging in successful social interactions.We used two methods to define the proprioceptive and visual profile of our participant: a well-known questionnaire on sensory preferences and an experimental setup. With the setup, we were able to observe three different groups of postural behaviors in our participants. Thanks to these individual profiles, we could make assumptions on the behaviors that one can expect from each of our participants during interactions with the robot.We aimed to assess various social skills of our participants in regards to their profiles. We designed three single case studies: (1) emotion recognition with different embodiments (two robots, a virtual agent and a human); (2) a short greeting social task with the robot Nao; and (3) a game evaluating joint attention response to the robot Nao. We also conducted eight weeks-long sessions with an imitation task with Nao.Through these studies, we were able to observe that the participants that display an overreliance on proprioceptive cues and a hyporeactivity to visual cues had more difficulties to interact with the robot (less gaze towards the robot, less answers to joint attention initiation behaviors, more difficulties to recognize emotions and to imitate a partner) than the other participants.We were able to observe that the repeated sessions with the robot Nao were benefic for participants with ASD: after the sessions with the robot Nao, the participants showed an improvement in their social skills (gaze to the partner, imitations).Defining such individual profiles could provide promising strategies for designing successful and adapted Human-Robot Interaction for individuals with ASD.

Thesis (MSportwet)--University of Stellenbosch, 2002. / ENGLISH ABSTRACT: Proprioception is generally defined as the sense of position and movement of the limbs. The sense arises through activity in sensory neurons located in skin, muscles and joint tissues. Joint proprioception provides the neurological feedback needed for the control of muscle actions, and serves as protection against excessive strain on passive joints. The rationale for this study was that if proprioception improves, functional balance will improve. Improvements in functional balance will contribute to improvements in functional skills. An improvement in functional skills can decrease dependence on others, which in turn w\could increase quality of life. The objective of this study was to determine the effectiveness of a proprioceptive training programme, using only low technology apparatus, on the proprioception and functional balance of older adults. Twenty-five older adults (M = 73.1 years) were assigned to either a control (n = 10) or intervention group (n = 15). The Berg Balance Scale was used for assessment of the functional balance of the participants, while the Harrison’s Recovery Test was used to assess proprioception. The intervention group was placed on an eight-week proprioceptive training programme consisting of three, twenty-minute sessions a week. Using paired and unpaired t-tests for the statistical analysis, significant improvements were observed in the intervention group for both proprioception and functional balance (p<0.05). It was concluded that the proprioception and functional balance of older adults could be significantly improved with a proprioceptive programme using only low technology apparatus. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Propriosepsie kan gedefinieer word as die liggaam se vermoë om die posisie en die beweging van die afsonderlike liggaamsdele waar te neem. Dit vind plaas deur die registrering van die aktiwiteit van sensoriese neurone wat in die vel, spiere en die sagte weefsel van die gewrigte is. Die neurologiese terugvoer wat noodsaaklik is vir die doeltreffende beheer van spieraksies, is afkomstig van die proprioreseptore in die gewrigte. Dit is as gevolg van hierdie neurologiese terugvoer, dat propriosepsie dien as beskermingsmeganisme teen oormatige stremming op die liggaam se gewrigte. Die beginsel van hierdie studie was dat as propriosepsie verbeter, dit sal lei tot verbeteringe in funksionele balans. Verbetering in funksionele balans sal weer lei tot verbeteringe in funksionele vaardighede. Dit is heel moontlik dat verbetering in funksionele vaardighede ‘n persoon minder afhanklik sal maak van ander. Hoe meer onafhanklik ‘n mens van ander is hoe beter is jou lewenskwaliteit, aangesien jy baie meer dinge kan ervaar en doen. Die doel van hierdie studie was om vas te stel of ‘n propriosepsie inoefenings program, wat slegs van lae tegnologiese apparaat gebruik maak, suksesvol gebruik kan word om die propriosepsie en ook die funksionele balans van ouer volwassenes te verbeter. Vyfen- twintig ouer volwassenes (M = 73.1 jaar) het deelgeneem aan die studie en was òf deel van die kontrole group (n = 10) òf van die oefen groep (n = 15). Funksionele balans is gemeet deur van die “Berg Balance Scale” gebruik te maak, terwyl die “Harrison’s Recovery Test” gebruik is om propriosepsie te meet. Die oefengroup het deelgeneem aan ‘n propriosepsie oefenprogram wat bestaan het uit drie, oefensessies van twintig minute elk vir ag weke. Gepaarde en ongepaarde t-toetse is gebruik gedurende die statistiese analise. Die resultate was statisties betekenisvol vir beide die propriosepsie en die funksionele balans van die oefen groep (p<0.05). Die studie het getoon dat die propriosepsie en funksionele balans van ouer volwassenes statisties betekenisvol verbeter kan word deur middel van ‘n inoefeningsprogram vir die verbetering van propriosepsie waar slegs van lae tegnologiese apparaat gebruik maak word.

published_or_final_version / Medical Sciences / Master / Master of Medical Sciences

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

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

The purpose of this study was to determine if prophylactic ankle tape and/or ankle braces improve dynamic stability in TTS measure. All subjects were healthy and had no prior history of ankle injuries. Data collection consisted of each subject performing a single leg jump-landing with ankle tape, ankle brace, combination of the two, and control (no tape or brace) conditions. Dynamic stability was assessed with time to stabilization force plate measure. Significant plane by ankle tape interaction (p=0.045) was found. No significant plane by ankle tape by ankle brace interaction (p=0.637), no significant ankle tape by ankle brace interaction (p=0.483), or plane by ankle brace interaction (p=0.697) were found. A notable finding was that subjects took longer to stabilize in the anterior/posterior direction than medial/lateral direction. In conclusion ankle tape, ankle brace, and the combination of ankle tape and ankle brace did not statistically improve dynamic stability in healthy ankles.