L’objectif principal de la présente thèse était de déterminer les facteurs susceptibles d’influencer l’efficacité des processus de contrôle en ligne des mouvements d’atteinte manuelle. De nos jours, les mouvements d’atteinte manuelle réalisés dans un environnement virtuel (déplacer une souris d’ordinateur pour contrôler un curseur à l’écran, par exemple) sont devenus chose commune. Par comparaison aux mouvements réalisés en contexte naturel (appuyer sur le bouton de mise en marche de l’ordinateur), ceux réalisés en contexte virtuel imposent au système nerveux central des contraintes importantes parce que l’information visuelle et proprioceptive définissant la position de l’effecteur n’est pas parfaitement congruente. Par conséquent, la présente thèse s’articule autour des effets d’un contexte virtuel sur le contrôle des mouvements d’atteinte manuelle. Dans notre premier article, nous avons tenté de déterminer si des facteurs tels que (a) la quantité de pratique, (b) l’orientation du montage virtuel (aligné vs. non-aligné) ou encore (c) l’alternance d’un essai réalisé avec et sans la vision de l’effecteur pouvaient augmenter l’efficacité des processus de contrôle en ligne de mouvement réalisés en contexte virtuel. Ces facteurs n’ont pas influencé l’efficacité des processus de contrôle de mouvements réalisés en contexte virtuel, suggérant qu’il est difficile d’optimiser le contrôle des mouvements d’atteinte manuelle lorsque ceux-ci sont réalisés dans un contexte virtuel. L’un des résultats les plus surprenants de cette étude est que nous n’avons pas rapporté d’effet concernant l’orientation de l’écran sur la performance des participants, ce qui était en contradiction avec la littérature existante sur ce sujet. L’article 2 avait pour but de pousser plus en avant notre compréhension du contrôle du mouvement réalisé en contexte virtuel et naturel. Dans le deuxième article, nous avons mis en évidence les effets néfastes d’un contexte virtuel sur le contrôle en ligne des mouvements d’atteinte manuelle. Plus précisément, nous avons observé que l’utilisation d’un montage non-aligné (écran vertical/mouvement sur un plan horizontal) pour présenter l’information visuelle résultait en une importante diminution de la performance comparativement à un montage virtuel aligné et un montage naturel. Nous avons aussi observé une diminution de la performance lorsque les mouvements étaient réalisés dans un contexte virtuel aligné comparativement à un contexte naturel. La diminution de la performance notée dans les deux conditions virtuelles s’expliquait largement par une réduction de l’efficacité des processus de contrôle en ligne. Nous avons donc suggéré que l’utilisation d’une représentation virtuelle de la main introduisait de l’incertitude relative à sa position dans l’espace. Dans l’article 3, nous avons donc voulu déterminer l’origine de cette incertitude. Dans ce troisième article, deux hypothèses étaient à l’étude. La première suggérait que l’augmentation de l’incertitude rapportée dans le contexte virtuel de la précédente étude était due à une perte d’information visuelle relative à la configuration du bras. La seconde suggérait plutôt que l’incertitude provenait de l’information visuelle et proprioceptive qui n’est pas parfaitement congruente dans un contexte virtuel comparativement à un contexte naturel (le curseur n’est pas directement aligné avec le bout du doigt, par exemple). Les données n’ont pas supporté notre première hypothèse. Plutôt, il semble que l’incertitude soit causée par la dissociation de l’information visuelle et proprioceptive. Nous avons aussi démontré que l’information relative à la position de la main disponible sur la base de départ influence largement les processus de contrôle en ligne, même lorsque la vision de l’effecteur est disponible durant le mouvement. Ce résultat suggère que des boucles de feedback interne utilisent cette information afin de moduler le mouvement en cours d’exécution. / The main objective of this thesis was to identify factors that may influence the effectiveness of the online control processes of manual reaching movements. Nowadays, producing manual movements made in a virtual environment (moving a computer mouse to control a cursor on the screen, for example) have become commonplace. As compared to movements made in natural settings (pushing the start button on the computer), those made in virtual context pose serious challenges to the central nervous system because the proprioceptive and visual information defining the position of the effector is not perfectly congruent. This thesis focuses on the effects of a virtual environment on the control of manual reaching movements. In our first article, we examined whether such factors as (a) the amount of practice, (b) the orientation of the virtual display (aligned vs. non-aligned) or (c) the availability of the visual feedback on alternated trials could increase the efficiency of online control processes of movements made under virtual context. These factors did not influence the effectiveness of process control movements made in virtual context, suggesting that it is difficult to optimize the control of manual reaching movements when they are made under a virtual context. One of the most surprising results of this study is that we have not reported detrimental effects of screen orientation on the performance of participants, which was inconsistent with the existing literature on this subject. Section 2 was intended to push forward our understanding of online control processes of movements made in virtual and natural contexts. In the second article, we highlighted the adverse effects of a virtual environment on the online control of manual reaching movements. More specifically, we observed that the use of a non-aligned display to present visual information resulted in a significant decrease in performance as compared to an aligned or natural display. We also observed a decrease in performance when the movements were performed in a virtual aligned display as compared to a natural context. The decrease in performance observed in the two virtual conditions was largely due to a decrease of the effectiveness of online control processes. We therefore suggest that the use of a virtual representation of the hand introduced uncertainty as to its position in space, which in turn led to less efficient online control. In our third article, we wanted to determine the origin of this uncertainty and how it impacted on movement control. In the third article, two hypotheses were considered. The first suggested that the increase in uncertainty reported in the virtual context of the previous study was due to loss of visual information relative to the configuration of the arm. The second suggested instead that the uncertainty came from the proprioceptive and visual information that is not perfectly congruent in a virtual context as compared to a natural one (the cursor is not directly aligned with the finger for example). The data have not supported our first hypothesis. It rather appears that the uncertainty is caused by the dissociation of visual and proprioceptive information. We also demonstrated that the information on the starting base on the position of the hand greatly influences the control process online, even when vision is available during the effector movement. This result suggests that internal feedback loops use this information to modulate the ongoing movement.

L’intégrité de notre système sensorimoteur est essentielle aux interactions adéquates avec notre environnement. Dans la maladie de Parkinson (MP), l’efficacité des interactions quotidiennes entre le corps et l’environnement est fréquemment réduite et diminue la qualité de vie. La MP est une maladie neurodégénérative résultant prioritairement d’une perte neuronale dopaminergique dans les ganglions de la base (GB). Cette dégénérescence altère le fonctionnement normal de la circuiterie associant les GB au cortex cérébral. L’administration de médications dopaminergiques permet d’améliorer les principaux symptômes cliniques moteurs de la MP. Cette thèse porte sur les rôles des GB dans les processus de traitement et d’intégration des informations sensorielles visuelle et proprioceptive et dans les mécanismes d’adaptation visuomotrice. Elle s’intéresse également à l’influence de la médication dopaminergique sur ces fonctions sensorimotrices. Nous avons réalisé trois études comportementales, utilisant l’atteinte manuelle tridimensionnelle comme modèle expérimental. Dans chacune de ces études, nous avons comparé la performance de personnes âgées en santé à celle de personnes souffrant de la MP avec et sans leur médication antiparkinsonienne quotidienne. Ces trois études ont été réalisées à l’aide d’un système d’analyse de mouvement et une station de réalité virtuelle. Dans la première étude, nous avons évalué si les GB sont prioritairement impliqués dans l’intégration sensorimotrice ou le traitement des informations proprioceptives. Pour se faire, nous avons testé la capacité des patients MP à effectuer des atteintes manuelles tridimensionnelles précises dans quatre conditions variant la nature des informations sensorielles (visuelles et/ou proprioceptives) définissant la position de la main et de la cible. Les patients MP ont effectué, en moyenne, de plus grandes erreurs spatiales que les personnes en santé uniquement lorsque les informations proprioceptives étaient la seule source d’information sensorielle disponible. De plus, ces imprécisions spatiales étaient significativement plus grandes que celles des personnes en santé, seulement lorsque les patients étaient testés dans la condition médicamentée. La deuxième étude présentée dans cette thèse a permis de démontrer que les imprécisions spatiales des patients MP dans les conditions proprioceptives étaient le résultat de déficits dans l’utilisation en temps réel des informations proprioceptives pour guider les mouvements. Dans la troisième étude, nous avons évalué si les GB sont prioritairement impliqués dans les mécanismes d’adaptation visuomotrice explicite ou implicite. Pour se faire, nous avons testé les capacités adaptatives des patients MP dans deux tâches variant le décours temporel de l’application d’une perturbation visuomotrice tridimensionnelle. Dans la tâche explicite, la perturbation était introduite soudainement, produisant de grandes erreurs détectées consciemment. Dans la condition implicite, la perturbation était introduite graduellement ce qui engendrait de petites erreurs non détectables. Les résultats montrent que les patients MP dans les conditions médicamentée et non médicamentée présentent des déficits adaptatifs uniquement dans la tâche explicite. Dans l’ensemble, les résultats expérimentaux présentés dans cette thèse montrent que la médication dopaminergique n’améliore pas le traitement des afférences proprioceptives et l’adaptation visuomotrice des personnes souffrant de la MP. Ces observations suggèrent que les dysfonctions dans les circuits dopaminergiques dans les GB ne sont pas les seules responsables des déficits observés dans ces fonctions sensorimotrices. / The integrity of our sensorimotor system is essential for adequate interactions with the environment. In Parkinson’s disease (PD), the efficiency of the daily interactions between the body and the environment is often reduced and interfere with quality of life. PD is a neurodegenerative disease resulting primarily from a dopaminergic neuronal loss in the basal ganglia (BG). This progressive loss of neurons alters the normal functioning of the BG-cortical circuitry. Dopaminergic medication is well known to remediate the major clinical motor symptoms of PD. This thesis investigates the role of the BG in the processing and integration of visual and proprioceptive sensory information and in visuomotor adaptation. This thesis also explores the influence of dopaminergic medication on these sensorimotor functions. We performed three behavioral studies using three-dimensional reaching movements as an experimental model. In each study, we compared the performance of healthy controls and individuals suffering from PD, while in the non-medicated condition and when on their regular daily antiparkinsonian medication. These three studies were performed using a movement analysis system and a virtual reality station. In the first study, we evaluated whether the BG are primarily involved in sensorimotor integration or in the processing of proprioceptive sensory information. We tested the ability of PD patients to perform accurate reaching movements in four conditions in which the sensory signals defining target and hand positions (vision and/or proprioception) varied. On average, PD patients made larger spatial errors than healthy controls when proprioception was the only source of sensory information available. Furthermore, these movement inaccuracies were significantly larger than those of healthy controls only when PD patients where tested in the medicated condition. The second study presented in this thesis demonstrated that the greater movement inaccuracies of PD patients in the proprioceptive conditions resulted mainly from impaired use of proprioceptive information for on-line movement guidance. In the third study, we evaluated whether the BG are primarily involved in explicit or implicit visoumotor adaptation mechanisms. Visuomotor adaptation skills of non-medicated and medicated patients were assessed in two reaching tasks in which the size of spatial errors made during adaptation was manipulated by varying the temporal evolution of a three-dimensional visuomotor perturbation across trials. In the explicit task, the visuomotor perturbation was applied suddenly resulting in large consciously detected initial spatial errors, whereas in the implicit task, the visuomotor perturbation was gradually introduced in small undetectable steps such that subjects never experienced large movement errors. Results indicate that both non- medicated and medicated PD patients showed markedly impaired visuomotor adaptation only in the explicit task. Together, the different experimental data presented in this thesis indicate that dopaminergic medication does not improve proprioceptive processing and visuomotor adaptation skills of PD patients. These observations suggest that dysfunction of dopaminergic circuits within the BG is not solely responsible for the reported sensorimotor deficits.

L'intégralité de ce projet a été réalisé à l'aide de logiciels sous licence libre. / Une évaluation du nombre de symptômes d'hyperactivité-impulsivité et d'inattention a été faite sur 277 jumeaux au moyen d'une entrevue semi-structurée administré aux parents, basée sur une échelle validée et communément admise, et une tâche de pointage a été demandée à chacun d'eux. La tâche de pointage a été effectuée avec chaque main successivement vers une cible dont la position à 135° ou à 45° était déterminée aléatoirement. Les tracés ont été classés en trois catégories selon le type de la première correction volontaire qu'ils présentaient sur leurs profils cinématiques : absence de correction, correction de position, correction dynamique. Ce projet veut caractériser la relation entre le taux de chaque type de correction et le nombre de symptômes de TDAH chez une population d'enfants ne répondant majoritairement pas à un diagnostic clinique de TDAH. Il a été montré que la présence de corrections de position était fréquemment corrélée à la présence de symptômes d'hyperactivité-impulsivité, mais pas, ou rarement, de symptômes d'inattention. D'autre part, il a été aussi remarqué que le taux de correction augmentait significativement lorsque le mouvement de pointage était effectué de la main gauche, sans égard à la dominance manuelle du sujet. Le premier résultat n'était pas attendu, étant donné la littérature relativement épaisse montrant un lien entre l'inattention et les problèmes de coordination motrice. Le second résultat, par contre, laisse entendre que la différenciation fonctionnelle hémisphérique d'un point de vue de contrôle attentionnel, ou de la motricité de la main gauche, serait affectée par le TDAH. / Symptoms linked to ADHD were assessed on 277 twins according to the commonly recognized dimensions formed by hyperactivity-impulsivity and inattention. A semi-structured interview administered to parents was used for the assessment. Subjects were asked to perform a pointing task. Left and right hands were tested in turn, and to reach a target placed either at 135° or 45°. Order of appearance was randomly determined. All traces were categorized according to the first voluntary correction as shown in their kinematic profiles : no correction, position correction, and dynamic correction. This project proposes to characterize the link between each correction type frequency and hyperactivity-impulsivity and inattention symptoms. The population studied was mostly subclinical and did not reach ADHD diagnosis criteria. Position corrections were shown to be correlated quite reliably to hyperactivity- impulsivity symptoms, but not to inattention symptoms. Deficits were most reliably linked with left hand use. The first result was unexpected considering abundant literature confirming the link between inattention and fine motor deficits, but the second one is more in line with a less exploited hypothesis stating that hemispherical functional differentiation related to control of the hand, or control of attention is affected by ADHD.

Abstract The aim of this study is to investigate some uses of Information and Communication Technology (ICT) as a pedagogical aid for supporting students with difficulties in reaching the curricular goals in the school subject English. Special focus is on students with reading and writing difficulties and on students with a foreign background in the ninth grade of the compulsory school and in upper secondary school. The method of investigation consisted of two parts: (a) interviews with eleven regular English teachers and with four remedial teachers about their experiences of using ICT as a pedagogical aid, and (b) an action study in which ICT-based activities were tested in a group of six students with difficulties in English. The results of the interviews showed that in the remedial classes ICT-based support was rather limited. The exceptions were students with severe reading and writing difficulties and other grave learning disabilities. These students were offered greater access to various technical aids and systematic support. For dyslexic students various ICT tools often proved to be an effective and indispensable support in their learning. In non-remedial English lessons, the use of ICT was somewhat greater. Here teachers used ICT as a pedagogical aid for the benefit of all students. The computer was considered to be a good support for project writing as it provided the students with a huge database, with online dictionaries and with a spell checker. The results of the action research showed that students were positive about communicating in English via ICT and they showed great interest in other activities facilitated by technology, such as training grammar, vocabulary, and reading. In conclusion, these surveys generated results similar to those of other studies, showing that although ICT can be an effective pedagogical aid in supporting students with difficulties learning English, it is not presently being used to its full potential.

<p><strong>Abstract </strong></p><p>The aim of this study is to investigate some uses of Information and Communication Technology (ICT) as a pedagogical aid for supporting students with difficulties in reaching the curricular goals in the school subject English. Special focus is on students with reading and writing difficulties and on students with a foreign background in the ninth grade of the compulsory school and in upper secondary school. The method of investigation consisted of two parts: (a) interviews with eleven regular English teachers and with four remedial teachers about their experiences of using ICT as a pedagogical aid, and (b) an action study in which ICT-based activities were tested in a group of six students with difficulties in English. The results of the interviews showed that in the remedial classes ICT-based support was rather limited. The exceptions were students with severe reading and writing difficulties and other grave learning disabilities. These students were offered greater access to various technical aids and systematic support. For dyslexic students various ICT tools often proved to be an effective and indispensable support in their learning. In non-remedial English lessons, the use of ICT was somewhat greater. Here teachers used ICT as a pedagogical aid for the benefit of all students. The computer was considered to be a good support for project writing as it provided the students with a huge database, with online dictionaries and with a spell checker. The results of the action research showed that students were positive about communicating in English via ICT and they showed great interest in other activities facilitated by technology, such as training grammar, vocabulary, and reading. In conclusion, these surveys generated results similar to those of other studies, showing that although ICT can be an effective pedagogical aid in supporting students with difficulties learning English, it is not presently being used to its full potential.</p>

Dans les situations du quotidien, nous manipulons fréquemment des objets sans les regarder. Pour effectuer des mouvements vers une cible précise avec un objet à la main, il est nécessaire de percevoir les propriétés spatiales de l’objet. Plusieurs études ont démontré que les sujets peuvent discriminer entre des longueurs d'objet différentes sans l’aide des informations visuelles et peuvent adapter leurs mouvements aux nouvelles caractéristiques inertielles produites lors de la manipulation d’un objet. Dans cette étude, nous avons conduit deux expérimentations afin d’évaluer la capacité des sujets à adapter leurs mouvements d’atteinte à la longueur et à la forme perçues des objets manipulés sur la base unique des sensations non visuelles (sensations haptiques). Dans l'expérience 1, dix sujets devaient exécuter des mouvements d’atteintes vers 4 cibles tridimensionnelles (3D) avec un objet à la main. Trois objets de longueur différente ont été utilisés (pointeurs: 12.5, 17.5, 22.5 cm). Aucune connaissance de la position de la main et de l’objet par rapport à la cible n’était disponible pendant et après les mouvements vers les cibles 3D. Ainsi, lorsque comparé avec les erreurs spatiales commises lors des atteintes manuelles sans pointeur, l’erreur spatiale de chacun des mouvements avec pointeur reflète la précision de l’estimation de la longueur des pointeurs. Nos résultats indiquent que les sujets ont augmenté leurs erreurs spatiales lors des mouvements d’atteinte avec un objet en comparaison avec la condition sans pointeur. Cependant, de façon intéressante, ils ont maintenu le même niveau de précision à travers les trois conditions avec des objets de différentes longueurs malgré une différence de 10 cm entre l’objet le plus court et le plus long. Dans l'expérience 2, neuf sujets différents ont effectué des mouvements d’atteinte vers les mêmes cibles utilisant cette fois-ci deux objets en forme de L (objet no.1 : longueur de 17,5 cm et déviation à droite de 12,5 cm – objet no.2 : longueur de 17,5 cm et déviation à droite de 17,5 cm). Comme c’était le cas lors de l'expérience 1, les sujets ont augmenté leurs erreurs spatiales lors des mouvements d’atteinte avec les objets et cette augmentation était similaire entre les deux conditions avec les objets en forme de L. Une observation frappante de l’expérience 2 est que les erreurs de direction n’ont pas augmenté de façon significative entre les conditions avec objet en forme de L et la condition contrôle sans objet. Ceci démontre que les participants ont perçu de façon précise la déviation latérale des objets sans jamais avoir eu de connaissances visuelles de la configuration des objets. Les résultats suggèrent que l’adaptation à la longueur et à la forme des objets des mouvements d’atteinte est principalement basée sur l’intégration des sensations haptiques. À notre connaissance, cette étude est la première à fournir des données quantitatives sur la précision avec laquelle le système haptique peut permettre la perception de la longueur et de la forme d’un objet tenu dans la main afin d’effectuer un mouvement précis en direction d’une cible. / In everyday situations, we frequently manipulate objects without looking at them. To successfully perform goal directed movements with a handheld unseen object, one needs to perceive the spatial properties of the object. Several studies showed that subjects can discriminate between different object lengths without visual information and are able to adapt movements to novel manipulation dynamics. In this study, we evaluated the ability of subjects to adapt their reaching movements to the perceived length and shape of unseen handheld objects (haptic sensations) in two different experimentations. In experiment 1, ten subjects were required to reach to 4 different memorized 3D targets with handheld objects having three different lengths (12.5, 17.5 and 22.5 cm). No feedback of hand or object position relative to the target location was provided during and after the movements. Therefore, when compared with the ‘control’ no object condition, the spatial error of each movement reflects the precision of length perception and movement adaption in a given condition. Our results show that subjects increased their spatial errors while reaching with a handheld object compared to the no object condition. However, interestingly, they maintained the same accuracy level across the three different object length conditions despite a 10 cm length difference between the shorter and longer object. In experiment 2, nine different subjects reached to the same targets using two L-shaped objects (object no.1: 17.5 cm length and 12.5 cm rightward deviation- object no.2: 17.5 cm length and 17.5 cm deviation). As in experiment 1, subjects increased their spatial errors while reaching with handheld objects, but this increase was similar between the two object shape conditions. A striking observation is that subjects did not significantly increase their directional errors in both object shape conditions compared to the no object condition. This demonstrates that they accurately perceived the lateral deviation of objects despite never seeing nor having any explicit knowledge of object configurations. The results indicate that adaptation of reaching movements to the perceived length and shape of handheld objects is largely based on haptic sensations. To our knowledge, this study is the first to provide a quantitative evaluation of the ability of the haptic system to perceive the length and the shape of handheld objects in order to perform an accurate goal directed movement.

L’objectif principal de la présente thèse était de déterminer les facteurs susceptibles d’influencer l’efficacité des processus de contrôle en ligne des mouvements d’atteinte manuelle. De nos jours, les mouvements d’atteinte manuelle réalisés dans un environnement virtuel (déplacer une souris d’ordinateur pour contrôler un curseur à l’écran, par exemple) sont devenus chose commune. Par comparaison aux mouvements réalisés en contexte naturel (appuyer sur le bouton de mise en marche de l’ordinateur), ceux réalisés en contexte virtuel imposent au système nerveux central des contraintes importantes parce que l’information visuelle et proprioceptive définissant la position de l’effecteur n’est pas parfaitement congruente. Par conséquent, la présente thèse s’articule autour des effets d’un contexte virtuel sur le contrôle des mouvements d’atteinte manuelle. Dans notre premier article, nous avons tenté de déterminer si des facteurs tels que (a) la quantité de pratique, (b) l’orientation du montage virtuel (aligné vs. non-aligné) ou encore (c) l’alternance d’un essai réalisé avec et sans la vision de l’effecteur pouvaient augmenter l’efficacité des processus de contrôle en ligne de mouvement réalisés en contexte virtuel. Ces facteurs n’ont pas influencé l’efficacité des processus de contrôle de mouvements réalisés en contexte virtuel, suggérant qu’il est difficile d’optimiser le contrôle des mouvements d’atteinte manuelle lorsque ceux-ci sont réalisés dans un contexte virtuel. L’un des résultats les plus surprenants de cette étude est que nous n’avons pas rapporté d’effet concernant l’orientation de l’écran sur la performance des participants, ce qui était en contradiction avec la littérature existante sur ce sujet. L’article 2 avait pour but de pousser plus en avant notre compréhension du contrôle du mouvement réalisé en contexte virtuel et naturel. Dans le deuxième article, nous avons mis en évidence les effets néfastes d’un contexte virtuel sur le contrôle en ligne des mouvements d’atteinte manuelle. Plus précisément, nous avons observé que l’utilisation d’un montage non-aligné (écran vertical/mouvement sur un plan horizontal) pour présenter l’information visuelle résultait en une importante diminution de la performance comparativement à un montage virtuel aligné et un montage naturel. Nous avons aussi observé une diminution de la performance lorsque les mouvements étaient réalisés dans un contexte virtuel aligné comparativement à un contexte naturel. La diminution de la performance notée dans les deux conditions virtuelles s’expliquait largement par une réduction de l’efficacité des processus de contrôle en ligne. Nous avons donc suggéré que l’utilisation d’une représentation virtuelle de la main introduisait de l’incertitude relative à sa position dans l’espace. Dans l’article 3, nous avons donc voulu déterminer l’origine de cette incertitude. Dans ce troisième article, deux hypothèses étaient à l’étude. La première suggérait que l’augmentation de l’incertitude rapportée dans le contexte virtuel de la précédente étude était due à une perte d’information visuelle relative à la configuration du bras. La seconde suggérait plutôt que l’incertitude provenait de l’information visuelle et proprioceptive qui n’est pas parfaitement congruente dans un contexte virtuel comparativement à un contexte naturel (le curseur n’est pas directement aligné avec le bout du doigt, par exemple). Les données n’ont pas supporté notre première hypothèse. Plutôt, il semble que l’incertitude soit causée par la dissociation de l’information visuelle et proprioceptive. Nous avons aussi démontré que l’information relative à la position de la main disponible sur la base de départ influence largement les processus de contrôle en ligne, même lorsque la vision de l’effecteur est disponible durant le mouvement. Ce résultat suggère que des boucles de feedback interne utilisent cette information afin de moduler le mouvement en cours d’exécution. / The main objective of this thesis was to identify factors that may influence the effectiveness of the online control processes of manual reaching movements. Nowadays, producing manual movements made in a virtual environment (moving a computer mouse to control a cursor on the screen, for example) have become commonplace. As compared to movements made in natural settings (pushing the start button on the computer), those made in virtual context pose serious challenges to the central nervous system because the proprioceptive and visual information defining the position of the effector is not perfectly congruent. This thesis focuses on the effects of a virtual environment on the control of manual reaching movements. In our first article, we examined whether such factors as (a) the amount of practice, (b) the orientation of the virtual display (aligned vs. non-aligned) or (c) the availability of the visual feedback on alternated trials could increase the efficiency of online control processes of movements made under virtual context. These factors did not influence the effectiveness of process control movements made in virtual context, suggesting that it is difficult to optimize the control of manual reaching movements when they are made under a virtual context. One of the most surprising results of this study is that we have not reported detrimental effects of screen orientation on the performance of participants, which was inconsistent with the existing literature on this subject. Section 2 was intended to push forward our understanding of online control processes of movements made in virtual and natural contexts. In the second article, we highlighted the adverse effects of a virtual environment on the online control of manual reaching movements. More specifically, we observed that the use of a non-aligned display to present visual information resulted in a significant decrease in performance as compared to an aligned or natural display. We also observed a decrease in performance when the movements were performed in a virtual aligned display as compared to a natural context. The decrease in performance observed in the two virtual conditions was largely due to a decrease of the effectiveness of online control processes. We therefore suggest that the use of a virtual representation of the hand introduced uncertainty as to its position in space, which in turn led to less efficient online control. In our third article, we wanted to determine the origin of this uncertainty and how it impacted on movement control. In the third article, two hypotheses were considered. The first suggested that the increase in uncertainty reported in the virtual context of the previous study was due to loss of visual information relative to the configuration of the arm. The second suggested instead that the uncertainty came from the proprioceptive and visual information that is not perfectly congruent in a virtual context as compared to a natural one (the cursor is not directly aligned with the finger for example). The data have not supported our first hypothesis. It rather appears that the uncertainty is caused by the dissociation of visual and proprioceptive information. We also demonstrated that the information on the starting base on the position of the hand greatly influences the control process online, even when vision is available during the effector movement. This result suggests that internal feedback loops use this information to modulate the ongoing movement.

L’intégrité de notre système sensorimoteur est essentielle aux interactions adéquates avec notre environnement. Dans la maladie de Parkinson (MP), l’efficacité des interactions quotidiennes entre le corps et l’environnement est fréquemment réduite et diminue la qualité de vie. La MP est une maladie neurodégénérative résultant prioritairement d’une perte neuronale dopaminergique dans les ganglions de la base (GB). Cette dégénérescence altère le fonctionnement normal de la circuiterie associant les GB au cortex cérébral. L’administration de médications dopaminergiques permet d’améliorer les principaux symptômes cliniques moteurs de la MP. Cette thèse porte sur les rôles des GB dans les processus de traitement et d’intégration des informations sensorielles visuelle et proprioceptive et dans les mécanismes d’adaptation visuomotrice. Elle s’intéresse également à l’influence de la médication dopaminergique sur ces fonctions sensorimotrices. Nous avons réalisé trois études comportementales, utilisant l’atteinte manuelle tridimensionnelle comme modèle expérimental. Dans chacune de ces études, nous avons comparé la performance de personnes âgées en santé à celle de personnes souffrant de la MP avec et sans leur médication antiparkinsonienne quotidienne. Ces trois études ont été réalisées à l’aide d’un système d’analyse de mouvement et une station de réalité virtuelle. Dans la première étude, nous avons évalué si les GB sont prioritairement impliqués dans l’intégration sensorimotrice ou le traitement des informations proprioceptives. Pour se faire, nous avons testé la capacité des patients MP à effectuer des atteintes manuelles tridimensionnelles précises dans quatre conditions variant la nature des informations sensorielles (visuelles et/ou proprioceptives) définissant la position de la main et de la cible. Les patients MP ont effectué, en moyenne, de plus grandes erreurs spatiales que les personnes en santé uniquement lorsque les informations proprioceptives étaient la seule source d’information sensorielle disponible. De plus, ces imprécisions spatiales étaient significativement plus grandes que celles des personnes en santé, seulement lorsque les patients étaient testés dans la condition médicamentée. La deuxième étude présentée dans cette thèse a permis de démontrer que les imprécisions spatiales des patients MP dans les conditions proprioceptives étaient le résultat de déficits dans l’utilisation en temps réel des informations proprioceptives pour guider les mouvements. Dans la troisième étude, nous avons évalué si les GB sont prioritairement impliqués dans les mécanismes d’adaptation visuomotrice explicite ou implicite. Pour se faire, nous avons testé les capacités adaptatives des patients MP dans deux tâches variant le décours temporel de l’application d’une perturbation visuomotrice tridimensionnelle. Dans la tâche explicite, la perturbation était introduite soudainement, produisant de grandes erreurs détectées consciemment. Dans la condition implicite, la perturbation était introduite graduellement ce qui engendrait de petites erreurs non détectables. Les résultats montrent que les patients MP dans les conditions médicamentée et non médicamentée présentent des déficits adaptatifs uniquement dans la tâche explicite. Dans l’ensemble, les résultats expérimentaux présentés dans cette thèse montrent que la médication dopaminergique n’améliore pas le traitement des afférences proprioceptives et l’adaptation visuomotrice des personnes souffrant de la MP. Ces observations suggèrent que les dysfonctions dans les circuits dopaminergiques dans les GB ne sont pas les seules responsables des déficits observés dans ces fonctions sensorimotrices. / The integrity of our sensorimotor system is essential for adequate interactions with the environment. In Parkinson’s disease (PD), the efficiency of the daily interactions between the body and the environment is often reduced and interfere with quality of life. PD is a neurodegenerative disease resulting primarily from a dopaminergic neuronal loss in the basal ganglia (BG). This progressive loss of neurons alters the normal functioning of the BG-cortical circuitry. Dopaminergic medication is well known to remediate the major clinical motor symptoms of PD. This thesis investigates the role of the BG in the processing and integration of visual and proprioceptive sensory information and in visuomotor adaptation. This thesis also explores the influence of dopaminergic medication on these sensorimotor functions. We performed three behavioral studies using three-dimensional reaching movements as an experimental model. In each study, we compared the performance of healthy controls and individuals suffering from PD, while in the non-medicated condition and when on their regular daily antiparkinsonian medication. These three studies were performed using a movement analysis system and a virtual reality station. In the first study, we evaluated whether the BG are primarily involved in sensorimotor integration or in the processing of proprioceptive sensory information. We tested the ability of PD patients to perform accurate reaching movements in four conditions in which the sensory signals defining target and hand positions (vision and/or proprioception) varied. On average, PD patients made larger spatial errors than healthy controls when proprioception was the only source of sensory information available. Furthermore, these movement inaccuracies were significantly larger than those of healthy controls only when PD patients where tested in the medicated condition. The second study presented in this thesis demonstrated that the greater movement inaccuracies of PD patients in the proprioceptive conditions resulted mainly from impaired use of proprioceptive information for on-line movement guidance. In the third study, we evaluated whether the BG are primarily involved in explicit or implicit visoumotor adaptation mechanisms. Visuomotor adaptation skills of non-medicated and medicated patients were assessed in two reaching tasks in which the size of spatial errors made during adaptation was manipulated by varying the temporal evolution of a three-dimensional visuomotor perturbation across trials. In the explicit task, the visuomotor perturbation was applied suddenly resulting in large consciously detected initial spatial errors, whereas in the implicit task, the visuomotor perturbation was gradually introduced in small undetectable steps such that subjects never experienced large movement errors. Results indicate that both non- medicated and medicated PD patients showed markedly impaired visuomotor adaptation only in the explicit task. Together, the different experimental data presented in this thesis indicate that dopaminergic medication does not improve proprioceptive processing and visuomotor adaptation skills of PD patients. These observations suggest that dysfunction of dopaminergic circuits within the BG is not solely responsible for the reported sensorimotor deficits.

Une évaluation du nombre de symptômes d'hyperactivité-impulsivité et d'inattention a été faite sur 277 jumeaux au moyen d'une entrevue semi-structurée administré aux parents, basée sur une échelle validée et communément admise, et une tâche de pointage a été demandée à chacun d'eux. La tâche de pointage a été effectuée avec chaque main successivement vers une cible dont la position à 135° ou à 45° était déterminée aléatoirement. Les tracés ont été classés en trois catégories selon le type de la première correction volontaire qu'ils présentaient sur leurs profils cinématiques : absence de correction, correction de position, correction dynamique. Ce projet veut caractériser la relation entre le taux de chaque type de correction et le nombre de symptômes de TDAH chez une population d'enfants ne répondant majoritairement pas à un diagnostic clinique de TDAH. Il a été montré que la présence de corrections de position était fréquemment corrélée à la présence de symptômes d'hyperactivité-impulsivité, mais pas, ou rarement, de symptômes d'inattention. D'autre part, il a été aussi remarqué que le taux de correction augmentait significativement lorsque le mouvement de pointage était effectué de la main gauche, sans égard à la dominance manuelle du sujet. Le premier résultat n'était pas attendu, étant donné la littérature relativement épaisse montrant un lien entre l'inattention et les problèmes de coordination motrice. Le second résultat, par contre, laisse entendre que la différenciation fonctionnelle hémisphérique d'un point de vue de contrôle attentionnel, ou de la motricité de la main gauche, serait affectée par le TDAH. / Symptoms linked to ADHD were assessed on 277 twins according to the commonly recognized dimensions formed by hyperactivity-impulsivity and inattention. A semi-structured interview administered to parents was used for the assessment. Subjects were asked to perform a pointing task. Left and right hands were tested in turn, and to reach a target placed either at 135° or 45°. Order of appearance was randomly determined. All traces were categorized according to the first voluntary correction as shown in their kinematic profiles : no correction, position correction, and dynamic correction. This project proposes to characterize the link between each correction type frequency and hyperactivity-impulsivity and inattention symptoms. The population studied was mostly subclinical and did not reach ADHD diagnosis criteria. Position corrections were shown to be correlated quite reliably to hyperactivity- impulsivity symptoms, but not to inattention symptoms. Deficits were most reliably linked with left hand use. The first result was unexpected considering abundant literature confirming the link between inattention and fine motor deficits, but the second one is more in line with a less exploited hypothesis stating that hemispherical functional differentiation related to control of the hand, or control of attention is affected by ADHD. / L'intégralité de ce projet a été réalisé à l'aide de logiciels sous licence libre.

L’adaptation motrice renvoie à la capacité de notre système nerveux à produire continuellement des mouvements précis et ce malgré le fait que notre environnement ainsi que notre corps puissent être soumis à des modifications. Le transfert d’adaptation entre les membres découle de notre habilité à généraliser ce que l’on a appris, par exemple, avec un bras au bras opposé. Le transfert entre les membres est un objet d’étude complexe. Les conditions amenant au transfert sont largement débattues dans la littérature car les résultats d’une étude à l’autre peuvent être contradictoires. Ce travail de thèse s’inscrit dans une tentative d’apporter une explication concernant l’hétérogénéité des performances et les divergences observées dans les différentes études portant sur le transfert entre les membres. Les deux premières expériences avaient pour but d’identifier si des conditions paradigmatiques ou idiosyncratiques pouvaient influencer les performances du transfert au bras opposé. L’objectif de la troisième expérience était d’étudier l’influence des processus sous-jacents à l’adaptation sur le transfert entre les membres d’après le modèle de Smith et collaborateurs (2006). Nos résultats nous ont permis d’éclaircir certains aspects du transfert concernant les facteurs prédictifs et les processus mis en jeu. Nos deux premières études suggèrent que les différences individuelles sont une source d’information pertinente pour expliquer certains comportements tels que le transfert entre les membres. Notre troisième étude nous a permis de caractériser les processus qui, durant l’adaptation, prédisposent au transfert. / Motor adaptation refers to the capacity of our nervous system to produce accurate movements while the properties of our body and our environment continuously change. Interlimb transfer is a process that directly stems from motor adaptation. It occurs when knowledge gained through training with one arm change the performance of the opposite arm movements. Interlimb transfer of adaptation is an intricate process. Numerous studies have investigated the patterns of transfer and conflicted results have been found. The attempt of my PhD project was to identify which factors and processes favor interlimb transfer of adaptation and thence may explain the discrepancies found in the literature. The first two experiments aimed at investigated whether paradigmatic or idiosyncratic features would influence the performance in interlimb transfer. The third experiment provided some insights on the processes allowing interlimb transfer by using the dual-rate model of adaptation put forth by Smith et al. (2006). Our results show that inter-individual differences may be a key factor to consider when studying interlimb transfer of adaptation. Also, the study of the different sub-processes of adaptation seems helpful to understand how interlimb transfer works and how it can be related to other behaviors such as the expression of motor memory.