Des métastases cérébrales vont se développer chez 10 à 30% des patients atteints de cancer. La radiothérapie fait partie des possibilités de traitement, et ceci même si les dommages induits au cerveau par des rayonnements ionisants sont potentiellement importants. Nous proposons l’utilisation de l’Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf) sur le rat pour mieux comprendre ces effets. Ce mémoire traite de la mise en place d’un tel protocole d’IRMf. Les principaux points abordés sont la préparation de l’animal, les différentes insultes et stimulations sensorielles possibles ainsi que la méthode d’acquisition. Notre protocole d’insulte hyperoxique permet de déceler des dommages physiques d’origine vasculaire suite à une intense irradiation dans le cerveau du rat. Toutefois, la même procédure associée à une stimulation mécanique de la patte arrière de l’animal n’amène pas de changement observable à l’IRMf sur un sujet sain. Malgré tout, ce type de stimulation induit une réponse respiratoire, même sous anesthésie d’isoflurane. Une telle méthode n’est donc pas adéquate à l’étude d’animaux anesthésiés, surtout ceux dont la réponse cérébrale pourra avoir été réduite par une irradiation. Quelques améliorations et modifications du protocole seraient possiblement à même de permettre une mesure reproductible de la réponse d’IRMf à une stimulation sensorielle. Le présent mémoire décrit les tentatives de mise en place d’une stimulation sensorielle donnant lieu à une activation IRMf reproductible et localisée. De plus, un protocole de traitement d’image adapté au petit animal ainsi qu’une implémentation de la méthode keyhole ont été mis en place. L’insulte hyperoxique et ses effets sur le cerveau de rat ont été explorés plus en détail.

Contrairement à la capture tactile multi digitale déjà largement répandue, il n'existe pas de solution superposable à un écran permettant l'affichage localisé d'informations perceptibles au toucher. On propose dans ce travail de thèse une approche basée sur la focalisation d'ondes de flexion dans une plaque mince. Cette focalisation, obtenue suivant le procédé de retournement temporel, permet de produire une stimulation tactile localisée en un ou plusieurs points d'une plaque transparente à partir d'un ensemble d'actionneurs situés sur son contour. Le dimensionnement de l'interface s'appuie en premier lieu sur l'étude du contraste de focalisation et sa sensibilité à la température. D'autres critères de dimensionnement sont étudiés tels que les résolutions spatiale et temporelle, la fréquence de répétition de la focalisation, le bilan énergétique ou le bruit audible généré. Le retournement temporel synthétique, permettant la focalisation en tout point de la surface à partir d'un apprentissage en un ensemble fini de points du contour est adapté au cas des plaques minces. Un démonstrateur est assemblé et caractérisé. On obtient sur une plaque d'épaisseur 0.5 mm un déplacement au point de focalisation jusqu'à 7 µm, pour une tache de focalisation d'un diamètre de 5 mm. La focalisation simultanée en plusieurs points est également obtenue expérimentalement. On propose finalement un modèle pour la prise en compte de la perturbation de la focalisation par le contact avec un ou plusieurs doigts. Une étude de perception montrant la possibilité de détecter et de discriminer le stimulus tactile produit conclue ce travail. / The sense of touch is an effective and yet underused interaction modality for human computer communication. As opposed to multitouch tactile screens already available, there is no solution able to provide a localized tactile stimulation on a transparent surface. This work introduces a novel approach for tactile feedback based on the focusing of flexural waves produced by a set of transducers located on sides of a thin plate. This focusing, allowed by the time reversal technique, produces a tactile stimulation localised in one or several points of a transparent surface. Design of the tactile interface relies of the study of focusing contrast and its thermal drift as well as temporal and spatial resolution, focusing refresh rate, energy balance and audible noise production. Synthetic time reversal, allowing the focusing at any point of the plate from the acquisition of impulse responses at a set of contour points is also introduced. A mock up device has been built and caracterised. A displacement up to 7 µm and a focal spot size about 5 mm on a 0.5 mm thick glass plate. Simultaneous focusing in multiple points is also achieved. A model describing the perturbation induced by the contact of one or many fingers with the plate is developped. A perceptual study finally demonstrates the possibility to detect and discriminate the stimulation produced by the focusing. The measured uncoupling of finger pulp and surface displacements at the focusing point could explain this detection.

Un nouveau dispositif tactile capable d'enregistrer et de reproduire des scènes tactiles à l'aide de forces tangentielles a été conçu et réalisé sur la base des limites et des exigences du système somatosensoriel humain. Les micro-déformations tangentielles du doigt coulissant sur la texture sont mesurées par le transducteur dans une bande passante de 500Hz et sont reproduites par le déplacement d'une plaque de verre sous l'action contrôlée d'un moteur électrodynamique critiquement amorti. Dans le but d'évaluer la pertinence des signaux sensoriels pour la reproduction d'une scène tactile, les grandeurs physiques qui influent sur la perception tactile humaine ont été étudiées. En utilisant une méthode d'escalier, il a été démontré que des ondelettes avec différentes combinaisons d'amplitude et de durée sont ressenties égales en intensité. Ces résultats suggèrent qu'il existe des quantités physiques communes - des invariants - pour ces signaux auques le cerveau est sensible, ce qui pourrait se rapporter à une constance perceptuelle dans l'exploration d'aspérités. En analysant les forces de frottement créées par un doigt glissant sur une surface dotées de points braille à des vitesses différents, il a été constaté que, bien que la réponse mécanique instantanée varie dans son ensemble, l'intégrale des forces tangentielles locales au cours d'une période de déformation courte reste constante. Ces enregistrements ont ensuite été classés selon leur vitesse et utilisés comme stimuli dans une tâche de comparaison. Les participants devaient glisser leur index sur une plateforme de verre qui vibrait afin de reproduire les points brailles de hauteurs différentes enregistrés à la même. / A new tactile device able to record and reproduce tactile scenes using tangential forces was designed and realized based on the limits and requirements of our somatosensory system. The tangential micro-deformations of the finger sliding on a textured surface can be measured with 500 Hz-bandwidth and reproduced by vibrating a glass plate under the controlled action of a critically damped electrodynamic actuator. In an effort to identify what sensory cues are relevant to tactile sensations for the reproduction of a scene, the physical quantities that influence tactile perception were studied. Using a staircase method, it was demonstrated that tactile wavelets with different combinations of amplitude and duration could be felt perceptually equal in intensity. These results suggested that there are common physical quantities – invariants – for these signals that the brain is sensitive to, which could relate to a perceptual constancy in asperity exploration. By analyzing the friction forces of a finger exploring braille dots with different pressures and velocities profiles, we found that although the mechanical response at a highly localized stimulus varies as a whole, the integral of the local tangential forces during a short deformation period remained constant. These recordings were then categorized by velocity and used as stimuli in a comparison task in which participants explored virtual dots of different heights at different speeds. While sliding on a glass platform which vibrated tangentially to reproduce a braille dot recorded at the same exploration speed, they were asked to report which of the two stimuli was stronger (or ‘higher’), a task that they could successfull.

Contrairement à la capture tactile multi digitale déjà largement répandue, il n'existe pas de solution superposable à un écran permettant l'affichage localisé d'informations perceptibles au toucher. On propose dans ce travail de thèse une approche basée sur la focalisation d'ondes de flexion dans une plaque mince. Cette focalisation, obtenue suivant le procédé de retournement temporel, permet de produire une stimulation tactile localisée en un ou plusieurs points d'une plaque transparente à partir d'un ensemble d'actionneurs situés sur son contour. Le dimensionnement de l'interface s'appuie en premier lieu sur l'étude du contraste de focalisation et sa sensibilité à la température. D'autres critères de dimensionnement sont étudiés tels que les résolutions spatiale et temporelle, la fréquence de répétition de la focalisation, le bilan énergétique ou le bruit audible généré. Le retournement temporel synthétique, permettant la focalisation en tout point de la surface à partir d'un apprentissage en un ensemble fini de points du contour est adapté au cas des plaques minces. Un démonstrateur est assemblé et caractérisé. On obtient sur une plaque d'épaisseur 0.5 mm un déplacement au point de focalisation jusqu'à 7 µm, pour une tache de focalisation d'un diamètre de 5 mm. La focalisation simultanée en plusieurs points est également obtenue expérimentalement. On propose finalement un modèle pour la prise en compte de la perturbation de la focalisation par le contact avec un ou plusieurs doigts. Une étude de perception montrant la possibilité de détecter et de discriminer le stimulus tactile produit conclue ce travail.

Introduction: Les neuropathies focales (NF) peuvent entraîner de l’hypoesthésie tactile et de la douleur neuropathique spontanée (névralgie). La méthode de rééducation sensitive de la douleur décrite par Spicher et collaborateurs (MRSD) propose un traitement innovant des symptômes sensitifs des NF. Objectifs : Chez des patients présentant une hypoesthésie tactile et de la névralgie à la main découlant d’une NF : 1) Décrire l’utilisation de la MRSD, 2) Vérifier son applicabilité, 3) Vérifier s’il y a une corrélation entre la durée requise de traitement et les caractéristiques cliniques initiales (hypoesthésie tactile, intensité douleur) des patients. 4) Décrire les changements dans l’hypoesthésie tactile et la douleur suite à la MRSD, et 5) Vérifier s’il y a une corrélation entre ces changements de sensibilité tactile et de la douleur. Méthodologie: Une étude par série de cas rétrospective a été effectuée à partir des données de patients collectées au Centre de Rééducation Sensitive de Fribourg (Suisse) entre juillet 2004 et Octobre 2018. Résultats: Sur 58 patients inclus dans l’étude, 42 ont complété la MRSD avec une durée requise moyenne de traitement de 124 ±104 jours. Cette durée de traitement était corrélée (rSpearman=.395) avec la sévérité des symptômes sensitifs (hypoesthésie tactile, douleur) avant la thérapie. On observe une diminution importante (p<.001) de l’hypoesthésie tactile et de la douleur entre le début et la fin du traitement. La diminution de l’hypoesthésie était modérément corrélée (rSpearman=.336) avec la diminution de la douleur. Conclusion: La MRSD est applicable au traitement de l’hypoesthésie tactile avec névralgie à la main découlant d’une NF. / Introduction: Focal neuropathies (FN) can lead to tactile hypoesthesia and spontaneous neuropathic pain (neuralgia). The Somatosensory Rehabilitation Method described by Spicher and collaborators (SRM) proposes an innovative approach to treating sensory symptoms in patients with FN. Objectives: In patients with tactile hypoesthesia and hand neuralgia arising from FN: 1) Describe the use of SRM, 2) Verify its applicability, 3) Determine if there is a correlation between the duration of treatment and patients’ clinical characteristics (tactile sensitivity and pain intensity) before therapy. 4) Describe changes in tactile hypoesthesia and pain measures subsequent to treatment with SRM, and 5) Determine if there is a correlation between changes in tactile sensitivity and changes in pain intensity in patients treated with SRM. Methodology: A retrospective case series study was carried out using data from patients admitted to the Somatosensory Rehabilitation Centre of Fribourg (Switzerland) from July 2004 and October 2018. Results: Of 58 patients included in the study, 42 completed SRM until the end of the therapy with an average duration of treatment of 124 ± 104 days. The duration of treatment was moderately correlated (rSpearman= 0.395) with the severity of sensory symptoms (tactile hypoesthesia and pain intensity) before therapy. There was a significant decrease (p <.001) in tactile hypoesthesia and pain intensity between the beginning and the end of treatment. The decrease in tactile hypoesthesia was moderately correlated (rSpearman=0 .336) with the decrease in pain. Conclusion: SRM can be used for treating tactile hypoesthesia and hand neuralgia arising from FN.