Ce mémoire porte sur l'évaluation de la qualité du contrôle moteur suite à une entorse latérale de la cheville (ELC). La validité concomitante et discriminante de la variable indicatrice de performance (distance maximale atteinte) au Star Excursion Balance Test (SEBT) a été étudiée dans le premier volet de ce mémoire. Le deuxième volet a permis, pour sa part, de déterminer si les militaires avec ELC présentaient des altérations du contrôle moteur par le biais de variables de stratégies motrices globales et segmentaires. Nos résultats principaux démontrent 1) l'excellente validité concomitante et discriminante de la mesure principale au SEBT lorsqu'une procédure standardisée est utilisée et, 2) la présence d'altérations du contrôle moteur chez les militaires avec ELC. En conclusion, nos travaux supportent l'importance d'évaluer la qualité du contrôle moteur suite à une ELC avec un test tel le SEBT.

Les lésions médullaires entraînent un déficit fonctionnel moteur d’importance variable selon leur localisation et leur sévérité. En cas de lésion partielle, il est possible d’observer chez des modèles animaux et des patients un certain degré de récupération fonctionnelle après une période allant de quelques semaines à plusieurs années selon les cas. Cette récupération impliquerait une réorganisation anatomique du circuit locomoteur spinal ainsi que des centres supraspinaux. Parmi ces derniers se trouve la région locomotrice mésencéphalique (MLR) qui est une région fonctionnelle capable d’initier et de moduler la locomotion. Un débat entoure cependant la nature de ses corrélats anatomiques qui pourraient être le noyau cunéiforme (CnF) qui est essentiellement composé de neurones glutamatergiques, le noyau pédonculopontin (PPN) formé de neurones cholinergiques et glutamatergiques, le noyau mésencéphalique profond (MRN/DpMe) qui est glutamatergique et le tegmentum latérodorsal (LDT) formé de populations neuronales semblables au PPN. Des études suggèrent une augmentation des projections de la MLR vers le tronc cérébral après lésion et que les neurones glutamatergiques du CnF sont responsables de l’initiation et de l’accélération de la locomotion. En combinant le traçage rétrograde, la stéréologie et la cinématique, nous mettons en évidence, dans le CnF mais aussi dans le PPN et le LDT contralatésionnels, une augmentation des projections glutamatergiques de la MLR vers la formation réticulée. Étant donné le rôle majeur des neurones glutamatergiques dans la locomotion, leur recrutement pourrait contribuer à la récupération fonctionnelle spontannée observée après lésion médullaire partielle. Une expérience de traçage antérograde nous permettra de confirmer que ces projections glutamatergiques supplémentaires forment bien de nouvelles synapses dans la formation réticulée voire dans la moelle épinière. Ce projet pourrait contribuer à préciser les sites optimaux de stimulation cérébrale profonde de la MLR pour traiter les déficits moteurs causés par les lésions médullaires partielles voire par d’autres pathologies comme la maladie de Parkinson. / Spinal cord injuries cause a functional motor deficit of varying importance depending on their location and their severity. After incomplete spinal cord injury, it is possible to notice in animal models and patients a certain functional recovery occurring on a period going from a few weeks to several years. This recovery may occur thanks to an anatomical reorganization of the spinal locomotor circuit and supraspinal locomotor centers. Among these centers is the mesencephalic locomotor region (MLR) which is a functional region able to initiate and modulate locomotion. Its exact anatomical correlates are still a matter of debate but they could include the cuneiform nucleus (CnF), a cluster of glutamatergic neurons, the pedunculopontine nucleus (PPN) that is cholinergic and glutamatergic, the deep mesencephalic nucleus (MRN/DpMe) that is glutamatergic and the laterodorsal tegmentum which is formed by neuronal populations similar to the PPN. Some studies suggest that there is an increase of projections from the MLR to the brainstem after lesion and that the glutamatergic neurons of the CnF can initiate and accelerate locomotion. Using retrograde tracing, stereological analysis and kinematic, we show, in the CnF but also in the contralesional PPN and LDT, that there is a recruitment of MLR glutamatergic projections to the medullar reticular formation. Considering the major role of glutamatergic neurones in locomotion, this recruitment could contribute to motor functional recovery after incomplete spinal cord injury. An anterograde tracing experiment could then help us to confirm that these “new” projections form synaptic connections in the medullar reticular formation and, maybe, in the spinal cord. This project could contribute to specify the optimal deep brain stimulation sites in the MLR to treat motor deficits caused by incomplete spinal cord injuries and maybe also by other pathologies such as Parkinson’s disease. / Résumé en espagnol

Entre 2006 et 2011, 44 430 amputations du membre inférieur (MI) ont été réalisées au Canada, dont un tiers au niveau trans-tibial à la suite d'affections vasculaires (90%) et traumatiques (6%). Pour les individus amputés trans-tibiaux (iATT) un des enjeux de la réadaptation est la mise en place de prothèse. Cependant, l'utilisation d'une prothèse augmente la prévalence de troubles secondaires tels que l'arthrose, les lombalgies, et les ré-amputations. L'apparition de ces troubles secondaires est associée à une augmentation des contraintes articulaires et à une asymétrie lors des tâches fonctionnelles (marche, montée/descente d'escaliers, lever de chaise). L'évaluation de ces tâches fonctionnelles en clinique est importante, car elles sont en lien avec l'indépendance. Cependant ces évaluations se limitent actuellement à la capacité à réaliser ces tâches et non à quantifier les stratégies compensatoires. Une évaluation biomécanique (cinématique et cinétique tridimensionnelles du corps entier) permettrait de quantifier ces stratégies compensatoires afin de mieux comprendre les liens avec les troubles secondaires. L'objectif général de cette thèse était donc d'analyser les stratégies compensatoires tridimensionnelles du corps entier lors de l'exécution de tâches fonctionnelles auprès des individus amputés trans-tibiaux. Dans un premier temps, une revue de littérature, effectuée jusqu'à mai 2020, sur 17 articles a permis d'identifier les stratégies compensatoires lors du lever de chaise et de la montée d'escalier, ainsi que les limites des études actuelles. Parmi les limites, il ressort de cela que les iATT inclus dans les études sont majoritairement traumatiques et plus jeunes que les données épidémiologiques de la population générale. Cela pourrait être dû à des critères d'inclusion qui entraine un recrutement d'individus avec un niveau fonctionnel élevé. Ensuite, en ce qui concerne les variables cinématiques et cinétiques utilisées, il ressort que le tronc a peu été évalué lors de la montée d'escalier et que lors du lever de chaise l'analyse des membres inférieurs se limite à l'asymétrie dans le plan sagittal. À la suite de ces constatations, il a été décidé de valider une rampe instrumentée afin de pouvoir inclure des iATT avec un niveau fonctionnel moins élevé qui nécessitent l'aide d'une rampe pour la montée d'escalier. De plus, l'avantage d'une rampe instrumentée était de donner un retour direct sur son utilisation. Enfin, les tâches fonctionnelles de lever chaise et de montée d'escalier ont été analysées par la cinétique du tronc et des membres inférieurs dans les plans sagittal et frontal. Ces analyses du corps entier dans ces deux plans ont permis de mieux comprendre les stratégies compensatoires du tronc et des membres inférieurs et le lien avec les troubles secondaires reconnus dans la littérature, notamment grâce aux analyses dans le plan frontal. En effet, si certaines stratégies compensatoires peuvent varier entre les deux tâches, l'augmentation du moment d'adduction du genou, variable considérée comme prédictive de l'apparition de l'arthrose de genou, est quant à elle présente dans les deux. / Between 2006 and 2011, 44,430 lower limb amputations were performed in Canada, a third of which at the trans-tibial level following vascular (90%) and traumatic (6%) conditions. For individuals with a trans-tibial amputation (iTTA), one of the challenges of rehabilitation is the fitting of a prosthesis. However, the use of a prosthesis increases the prevalence of secondary conditions such as osteoarthritis, low back pain, and re-amputation. The appearance of these secondary conditions is associated with an increase in joint stress and asymmetry during functional tasks (i.e., walking, stair ascent/descent, sit-to-stand). The evaluation of these functional tasks in clinical settings is important because they are related to independence. However, these evaluations are limited by the ability to perform these tasks and not to quantify the compensatory strategies. A biomechanical evaluation (three-dimensional kinetics and kinetics of the whole body) would allow us to quantify these compensatory strategies in order to better understand their links with secondary conditions. Therefore, the main objective of this thesis was to analyze the three-dimensional full-body compensatory strategies during functional tasks in iTTA. First, a literature review, up to May 2020, on 17 articles identified compensatory strategies during sit-to-stand and stair ascent, as well as the limitations of current studies. Among these limitations, it appears that the iATT included in the studies are predominantly traumatic and younger than the epidemiological data about the general population. This could be due to inclusion criteria which resulted in the recruitment of individuals with a highly functional level. Then, with regards to the kinematic and kinetic variables used, it appears that the trunk was rarely evaluated during stair ascent and that during sit-to-stand the analysis of the lower limbs is limited to the asymmetry in the sagittal plane. As a result of these observations, it was decided to validate an instrumented handrail to allow the inclusion of iATT with a lower functional level who require the aid of a handrail for stair ascent. In addition, the instrumented handrail gave direct measures of its use. Finally, the functional tasks of sit-to-stand and stair ascent were analyzed with respect to the kinetics of the trunk and lower limbs in the sagittal and frontal planes. These analyses of the whole body in these two planes made it possible to better understand the compensatory strategies of the trunk and the lower limbs and their link with the secondary conditions recognized in the literature, in particular due to the analyses in the frontal plane. Indeed, even if some compensatory strategies differ between the two tasks, increased knee adduction moments, which is considered be a predictor of knee osteoarthritis progression, was present in both.

Le traumatisme craniocérébral léger (TCCL) peut entraîner des altérations cognitives, sensorimotrices et neurophysiologiques, qui perdurent quelques jours et à des mois suivant l’impact. Actuellement, les évaluations traditionnelles évaluent ces difficultés de façon isolée, en s’intéressant à la motricité et la cognition séparément. Cela est peu représentatif du fonctionnement de l’individu au quotidien, où les demandes cognitives et sensorimotrices sont souvent simultanées. Des études en laboratoire ont suggéré que les doubles-tâches locomotrices-cognitives sont prometteuses afin de détecter les différences entre des participants contrôles et les individus avec TCCL. Cependant, les études demeurent hétérogènes en termes de tâches utilisées, peu d'entre elles s’intéressent aux variables personnelles influençant la performance aux doubles-tâches et plusieurs proposent des protocoles qui ne sont pas transférables en clinique. Cette thèse vise donc à investiguer la sensibilité des doubles-tâches à la fois en laboratoire (étude 1) et dans un contexte clinique (étude 2). La première étude, menée en laboratoire de marche, avait comme objectifs de (1) comparer la performance motrice et cognitive chez des participants TCCL et contrôles en utilisant différentes combinaisons de doubles-tâches et (2) corréler l’historique d’impacts subis avec la performance en double-tâche. De façon exploratoire, les liens entre la performance neuropsychologique avec la performance en double-tâche ont été étudiés. Dixhuit participants avec TCCL (13 femmes; âge 21.89 ±3.76, 59.56 jours post-TCCL ±24.12) et quinze participants contrôles en santé (9 femmes; âge 22.20 ±4.33) ont été recrutés. Le système d’analyse de capture du mouvement (Vicon) a été utilisé pour mesurer les paramètres de marche. Une batterie neuropsychologique a évalué la fluidité verbale, les fonctions exécutives, la mémoire et l’attention des participants. L’évaluation physiologique comprenait la force de préhension, la coordination, ainsi que l’équilibre statique et dynamique. Les symptômes subjectifs ont également été évalués. Dans un corridor de marche de 6 mètres, les participants effectuaient 3 conditions locomotrices; (1) marche à niveau, (2) marche à niveau et enjamber un obstacle profond (15 cm x 15 cm); (3) marche à niveau et enjamber un obstacle mince (15 cm x 3 cm), et 3 conditions cognitives; 1) compte à rebours par deux, (2) fluidité verbale et (3) tâche de Stroop. Ces tâches étaient effectuées en simples et doubles-tâches. En moyenne deux mois post-TCCL, aucune différence significative n’a été trouvée entre les groupes sur les résultats neuropsychologiques. L’évaluation physiologique a révélé que les participants TCCL avaient une vitesse de marche plus lente et plus instable que le groupe contrôle. L’expérimentation en doubletâche a démontré que le groupe TCCL avait une vitesse de marche plus lente, autant en tâche simple qu’en double-tâche, ainsi que des temps de réponse plus lents. Aucune combinaison de tâches ne s’est révélée plus sensible pour distinguer les groupes. La deuxième étude avait comme objectif de comparer des participants avec TCCL à un groupe contrôle en utilisant des technologies de base dans un contexte clinique. Vingt participants avec TCCL (10 femmes; âge 22.10 ±2.97, évalués en moyenne 70.9 jours post- TCCL ±22.31) et vingt participants contrôles (10 femmes; âge 22.55 ±2.72) ont été recrutés. Les symptômes subjectifs, l’historique d’impacts subis à la tête, une courte batterie neuropsychologique et des échelles de fatigue et de concentration pendant l’expérimentation ont été utilisées. L’expérimentation se déroulait dans un corridor de 10 m où les participants effectuaient deux allers-retours. Trois tâches locomotrices ont été employées : (1) marche à niveau, (2) marche à niveau et enjamber trois obstacles, (3) et marche en tandem. Deux tâches cognitives ont été employées : (1) un compte à rebours par 7, (2) et une tâche de fluidité verbale. Ces tâches étaient effectuées en simple et doubletâche. Un chronomètre et une grille d’observation servaient à colliger les mesures. Les résultats indiquent que le groupe TCCL démontrait des plus grands coûts de la double-tâche pour la vitesse de marche comparativement aux participants contrôles. De plus, les participants du groupe TCCL rapportaient être moins concentrés pendant les doublestâches. Cette thèse souligne la pertinence des protocoles en doubles-tâches, qui représenteraient une façon simple et sensible de révéler des altérations résiduelles potentielles après un TCCL. Plus de travail est nécessaire pour identifier les caractéristiques personnelles ayant une influence sur la performance en double-tâche. Une réflexion sur la façon d’élaborer des protocoles en considérant les restrictions et besoins de la clinique est nécessaire en vue de poursuivre la recherche sur les doubles-tâches. / Mild traumatic brain injury (mTBI), also known as concussion, can cause cognitive, sensorimotor and neurophysiological alterations which can be observed days and even months post-injury. Presently, mTBI clinical assessments are often focused on either cognitive deficits or physical function separately. Evaluating these spheres of function in isolation, however, is not always ecological enough to capture how an individual will function in day-to-day life where cognitive and sensorimotor demands are often simultaneous. Recent laboratory-based studies have suggested that dual-tasks combining motor and cognitive tasks are a promising way to detect differences between healthy participants and individuals having sustained mTBI. However, studies are very heterogeneous in terms of tasks used and variables measured, few of them focus on variables that could influence dual-task performance and many are not readily transferable to a clinical setting. This doctoral thesis aimed at identifying a sensitive, ecologically valid dual-task protocol combining locomotor and cognitive demands to evaluate the residual effects of mTBI both in a laboratory environment (Study 1) and a clinical setting (Study 2). Using gait laboratory measures, the first study’s objectives were (1) to compare performance on cognitive and gait parameters using different dual-tasks in healthy controls and young adults with mTBI, and (2) to examine the effect of number of mTBIs sustained on dual-task performance. Exploratory correlations to investigate relationships between neuropsychological testing and dual-task performance were also calculated. Eighteen participants with mTBI (13 women; age 21.89 ±3.76, on average 59.56 days post-injury ±24.12) and fifteen control participants (9 women; age 22.20 ±4.33) were recruited. A battery of neuropsychological tests was used to assess verbal fluency, executive function, memory and attention. A physiological examination comprised assessment of grip strength, upper-limb coordination, as well as static and dynamic balance. Subjective symptoms were also assessed. A 9-camera motion analysis system (Vicon) was used to characterize gait. Participants were asked to walk along a 6-meter walkway during three conditions of locomotion: (1) level-walking, (2) walking and stepping over a deep obstacle (15 cm high x 15 cm deep), and (3) walking and stepping over a narrow obstacle (15 cm high x 3 cm deep) and three cognitive conditions: (1) Counting backwards by 2s, (2) Verbal fluency, and (3) Stroop task. These tasks were performed in combination and as single tasks. No significant differences were found between groups on neuropsychological tests, but the physiological examination revealed that the mTBI group had slower gait speed and were more unstable than the control group. The dual-task experimentation showed that mTBI had slower gait speed, in both single and dual-tasks, and slower response time during dualtasks. No combination of dual-task was revealed to be more sensitive to distinguish groups. In a clinical-like setting, the second study’s objective was to compare mTBI individuals with healthy controls, using accessible technology to assess performance. Twenty participants with mTBI (10 women; age 22.10 ±2.97, 70.9 days post-injury ±22.31) and 20 control participants (10 women; age 22.55 ±2.72) were recruited. Subjective symptoms, history of impacts, a short neuropsychological battery and subjective fatigue and concentration symptoms during experimentation were used to characterized groups. Participants walked back and forth two times along a 10 m long corridor, during two locomotor conditions: (1) level-walking or (2) walking and stepping over three obstacles and two cognitive conditions; (1) Counting backwards by 7s, and (2) Verbal fluency. These tasks were performed in combination and as single-tasks. Only a stopwatch and an observation grid were used to assess performance. Participants reported being significantly less concentrated during dual-task experimentation. Significantly greater dual-task cost for gait speed in the mTBI group were observed, which demonstrated increased difficulty in dual-task, even more than two months following the injury. This thesis highlights that dual-task protocols combining locomotor and cognitive tasks could represent a simple, practical and sensitive way for clinicians to detect residual alterations even months following mTBI. More work is needed to identify personal characteristics, such as mTBI history, that could influence performance. A reflection on how protocols could be developed according to clinical restrictions and needs is much required in order to pursue research of dual-tasks.

Introduction : La diminution du contrôle volontaire de la marche représente un déficit majeur affectant la qualité de vie des personnes ayant une lésion médullaire incomplète (LMi). À ce jour, les moyens utilisés pour favoriser la récupération locomotrice sont principalement des entraînements du « rythme locomoteur de base » qui ciblent principalement le contrôle automatique de la marche. Bien que ces entraînements aient démontré certains bénéfices, les améliorations de la capacité locomotrice qui en résultent demeurent limitées. Une explication serait que ces entraînements peu challengeants ne recrutent qu’une partie des circuits neuraux contrôlant la locomotion, ne permettant pas une récupération optimale post-LMi. Notre hypothèse générale est donc que l’utilisation d’un entraînement locomoteur plus challengeant permettrait de solliciter davantage les circuits neuraux impliqués dans le contrôle volontaire de la marche (en particulier la voie corticospinale), en plus des circuits déjà impliqués (automatiques), et mènerait à une amélioration globale de la fonction locomotrice en termes de vitesse et d’endurance, incluant aussi la fonction sensorimotrice avec l’équilibre et la proprioception. À la suite d’une LMi, une deuxième conséquence impactant considérablement la qualité de vie des patients est le développement de douleur neuropathique (DN). Plusieurs études chez l’animal suggèrent que les mécanismes impliqués dans le développement de la DN et ceux impliqués dans la récupération locomotrice partagent certains circuits neuronaux et qu’une inhibition réciproque existerait entre les 2. Cependant, chez l’homme, ces effets demeurent encore méconnus. Notre hypothèse secondaire est donc que l'utilisation d’un entraînement locomoteur sollicitant davantage les circuits neuronaux diminuerait la DN, grâce aux effets d’inhibition réciproque. L’objectif général de cette thèse est de développer un entrainement capable de solliciter davantage les circuits neuraux impliqués dans le contrôle volontaire de la marche, afin de mesurer son effet sur la récupération locomotrice incluant la vitesse et l’endurance à la marche, et incluant la fonction sensorimotrice avec la proprioception et l’équilibre, et enfin de mesurer son effet sur la DN. Méthodologie : Afin de mesurer la sollicitation de la voie corticospinale lors de la marche, l’excitabilité corticospinale a été mesurée de manière non-invasive à l’aide de la stimulation magnétique transcrânienne lors d’une tâche de marche simple et lors d’une tâche de précision à la marche tout d’abord chez des participants en santé (étude 1), puis par la suite chez des individus ayant une LMi (étude 2). La tâche de précision à la marche consistait à marcher sur tapis roulant tout en plaçant les pieds sur des cibles virtuelles rétro-projetées sur un écran placé en face du tapis. Les cibles étaient séparées par différentes distances. Dans l’étude 3, un nouveau test de mesure de proprioception à la cheville pendant la marche à la suite d’une LMi a été mis au point à l’aide d’une orthèse robotisée afin de caractériser l’aspect sensorimoteur lors d’une tâche dynamique. Dans l’étude 4, la tâche de précision à la marche a été réalisée sous forme d’entrainement pour un total de 16 sessions étalées sur 4 à 5 semaines chez des individus ayant une LMi. Des mesures de vitesse, d’endurance, d’équilibre, de proprioception et de douleur neuropathique ont été prises pré- et post-entrainement puis comparées. La satisfaction des participants envers l’entrainement a aussi été documentée. Résultats : Les résultats des études 1 et 2 ont montré qu’une tâche de précision à la marche permettait de solliciter davantage la voie corticospinale comparée à une tâche de marche simple chez des participants sains et des individus avec une LMi. L’étude 3 a montré une bonne fidélité et validité du test mis au point afin de mesurer la proprioception à la cheville pendant la marche. L’étude 4 a montré la faisabilité d’effectuer un entrainement de précision à la marche chez des individus avec une LMi. Une amélioration de la vitesse, de l’endurance, de la proprioception et de l’équilibre a été observée pour le groupe tandis qu’une tendance vers la diminution de douleur neuropathique a été observée pour les individus préalablement atteints. Les participants ont montré une excellente satisfaction envers l’entrainement en général. Conclusions : Les résultats de cette thèse ont permis de montrer qu’il était possible, avec une tâche de précision à la marche, d’augmenter l’excitabilité de la voie corticospinale chez un groupe de participants sains et un groupe de participants ayant une LMi. L’utilisation de cette tâche sous forme d’entrainement a mis en évidence le bénéfice de l’utilisation d’un entrainement challengeant sur la récupération locomotrice incluant l’aspect sensorimoteur, et sur la douleur neuropathique chez une population neurologique. / Introduction: After an incomplete spinal cord injury (iSCI), the voluntary control of walking is often compromised. This reduces the ability to participate in daily activities and has a negative impact on quality of life. Conventional locomotor trainings, based on spinal circuits stimulation, in other words stimulation of the “automatic control” have shown some benefits, but improvements in walking function after iSCI remain limited. It was proposed that these less challenging trainings do not recruit all the circuits involved in gait control, and so, are not sufficient to optimize gait recovery after an iSCI. The hypothesis is that a more challenging training that stimulate all gait circuits including voluntary control (more particularly the corticospinal tract), and automatic control, could lead to an improvement of gait recovery. This recovery included improvements in gait speed, gait endurance, and in sensorimotor function measured with balance and proprioception. Another important issue after an iSCI is the development of neuropathic pain (NP). While there is a large body of evidence in animal studies showing that locomotor recovery and NP might be competing for some shared neural circuits, human studies are still sparse. A secondary hypothesis is that a training that further stimulate all gait circuits could reduce NP. The objective of this thesis is therefore to develop a gait training that further stimulate voluntary control of gait to measure the effects on gait recovery including gait speed, endurance and sensorimotor aspects (proprioception and balance) and to measure its effect on NP. Methods: Corticospinal excitability was assessed using transcranial magnetic stimulation during a simple walking task, and during a precision walking task firstly in healthy participants (study1), and secondly in individuals with an iSCI (study 2). The precision walking task consisted of stepping onto virtual targets projected on a screen in front of them and separated by different distances during treadmill walking. In study 3, a new robotic test was developed to measure the ankle proprioception during gait in individuals with an iSCI and characterize sensorimotor function during a dynamic task. In study 4, a protocol training using the precision task was performed for 16 sessions over 4 to 5 weeks in individuals with an iSCI. Locomotor recovery including gait speed, endurance, balance and ankle proprioception and neuropathic pain were assessed pre- and post-training and compared. Participants’ satisfaction regarding the training protocol was measured post training. Results: Results from studies 1 and 2 showed that it is possible to further increase the corticospinal excitability during a precision walking task compared to a simple walking task in healthy participants and in individuals with an iSCI. Results from study 3 showed a good reliability and validity of the robotic test to measure ankle proprioception during gait. Results from study 4 showed the feasibility to perform a precision gait training in individuals with an iSCI. Significant improvements of gait speed, endurance, proprioception and posture and a trend of NP decrease were measured after training. Participants’ satisfaction regarding this training was excellent. Conclusions: Results from this thesis showed that it is possible, using a precision walking task, to further increase corticospinal tract involvement than during normal gait in healthy participants and in individuals with an iSCI. This approach highlights the potential of a more challenging gait training for gait rehabilitation in humans and provide a simple solution to enhance corticospinal drive to optimize gait recovery including sensorimotor function, and to decrease NP after CNS lesions such as spinal cord injury.

L’objectif de ce mémoire était de comparer le contrôle visuo-locomoteur en fauteuil roulant manuel et motorisé chez des personnes expérimentées en fauteuil roulant. Des individus ayant une lésion de la moelle épinière ont été recrutés, soient plus précisément 12 usagers de fauteuil roulant manuel et 10 de fauteuil roulant motorisé. Les participants devaient naviguer avec leur fauteuil roulant à une vitesse naturelle en ligne droite, lors de changement de direction et lors de contournement d’obstacle. Les résultats n’ont démontré aucune différence entre les groupes concernant le comportement navigationel et la coordination de la réorientation du corps et du fauteuil roulant. Le comportement visuel semblait dépendre davantage des exigences environnementales. Ainsi, les usagers en fauteuil roulant manuel et motorisé ont adopté des stratégies navigationnelles et une coordination temporelle visuo-locomotrice similaires lors de changements de direction et de contournements d’obstacle. Les résultats ont également démontré des similitudes dans la coordination visuo-locomotrice avec la marche bipède, suggérant ainsi une généralisation des stratégies visuo-locomotrices parmi différents modes de locomotion. Ces résultats pourront aider à l’évaluation et à l’entraînement des habiletés en fauteuil roulant manuel et motorisé par les cliniciens, en plus d’aider au développement de technologies d’assistance à la navigation basées sur le contrôle visuo-locomoteur des personnes expérimentées en fauteuil roulant. / The objective of this master’s thesis was to compare the visuo-locomotor control in manual and power wheelchair in experienced wheelchair users. Therefore, individuals with a spinal cord injury were recruited; more precisely 12 manual wheelchair users and 10 power wheelchair users. The participants were asked to navigate with their own wheelchair at natural self-selected speed straight-ahead, while changing direction and while circumventing an obstacle. No difference between groups was found for the navigational behavior as well as for the temporal body and wheelchair coordination. Specific gaze behavior depended predominantly on the environmental demands. In conclusion, manual and power wheelchair users adopted similar navigational strategies and body and wheelchair coordination while changing direction and circumventing an obstacle. These results also demonstrated similarities with visuo-locomotor coordination with biped gait, which suggest a generalization in visuo-locomotor coordination strategies across different locomotor modes. Such results may help evaluating and training WC skills, as well as developing assistive navigational technologies based on one’s natural visuo-locomotor control.

Les personnes présentant des déficits locomoteurs suite à une lésion du système nerveux central (SNC), deviennent, bien malgré elles, conscientes de toute la complexité que représente le contrôle de la marche. Malgré les efforts déployés lors de la réadaptation, il arrive que certains déficits locomoteurs persistent. La capacité à adapter la marche aux différentes variations de l’environnement, telles qu’un trottoir enneigé ou une plage de sable, est fréquemment affectée suite à une lésion du SNC. Le but général de cette thèse était d’utiliser un paradigme consistant à marcher en présence d’une perturbation pour évaluer la capacité d’adaptation résiduelle d’un muscle spécifique suite à une lésion du SNC. Par contre, avant l’atteinte de cet objectif, il était nécessaire de mieux comprendre les mécanismes neurophysiologiques impliqués dans l’adaptation et l’apprentissage locomoteur lors de la marche en présence d’une perturbation. Les travaux inclus dans cette thèse ont, tout d’abord, démontré qu’il est possible de modifier le patron d’activation musculaire de personnes en santé sans déficit locomoteur en appliquant une perturbation sur le membre inférieur pendant la marche et que ces modifications peuvent persister temporairement suite au retrait de la perturbation, suggérant ainsi la présence d’une recalibration des commandes centrales (Étude 1). De plus, des évidences d’apprentissage locomoteur ont été constatées lors de sessions répétées de marche avec cette perturbation (Étude 2). Par la suite, nous avons validé qu’il est possible d’induire des modifications au niveau de l’activation des fléchisseurs dorsaux, pouvant avoir un impact fonctionnel lors de la marche, en appliquant une perturbation spécifique à la cheville à l’aide d’une orthèse robotisée (Étude 3). Ces modifications ont aussi été obtenues chez certaines personnes ayant subi une lésion médullaire (Étude 4) ou un accident vasculaire cérébral (Étude 5). Cette approche pourrait permettre l’évaluation de la capacité d’adaptation résiduelle des fléchisseurs dorsaux suite à une lésion du système nerveux central et, par conséquent, être utile à la prise de décision dans la sélection d’interventions optimales en réadaptation locomotrice. / Persons affected by walking deficits following a central nervous system (CNS) lesion are aware of how complex the neural control of walking can be. Indeed, walking deficits often persist even after rehabilitation. Among these deficits, adaptation of the walking pattern to meet varied environmental demands, such as walking on a sandy beach or in snow, becomes more difficult. The main goal of this thesis was to use a paradigm consisting of walking in a perturbing environment to evaluate the residual adaptive capacity of a specific muscle group in persons who have sustained a CNS lesion. To meet this goal, however, a better understanding of the neurophysiological mechanisms involved in locomotor adaptation and learning was first necessary. The present thesis demonstrated that the muscle activation pattern of healthy subjects can be modified while walking with a perturbation applied to the lower limb and that these modifications persist temporarily after perturbation removal, suggesting the recalibration of central commands (Study 1). Furthermore, evidence of locomotor learning was observed when subjects were repeatedly exposed to a perturbation during walking (Study 2). The next study validated that it is possible to induce modifications in dorsiflexor activation of healthy subjects that may have a clinical impact on the walking pattern, by applying a specific perturbation at the ankle with a robotized ankle-foot orthosis during walking (Study 3). These modifications were also observed in some persons who sustained a spinal cord injury (Study 4) or a stroke (Study 5). Walking with a specific perturbation could be helpful to evaluate the residual adaptive capacity of ankle dorsiflexors in persons who have sustained a central nervous system lesion, and consequently, to guide decision-making for the selection of optimal rehabilitation interventions.

Quatorze jeunes adolescents ayant précédemment subi un TCCL et treize jeunes adolescents sains ont navigué dans différents environnements combinant des conditions locomotrices (sans obstacle, enjamber un obstacle mince ou profond) et cognitives (sans tâche, tâche de Stroop (St), tâche de fluidité verbale, tâche mathématique). Le but était d’identifier les combinaisons de tâches locomotrices et cognitives ainsi que les variables qui différencient des jeunes adolescents ayant subi un TCCL à des jeunes adolescents sains. La fluidité a été trouvée plus sensible que la vitesse de marche. Le coût moteur de double-tâche (changement relatif entre une condition sans et avec obstacle combinant une même tâche cognitive) a différencié les groupes, spécifiquement lorsqu’une interférence visuelle était impliquée (St) et encore plus quand la demande au niveau de l’équilibre dynamique augmentait avec la profondeur de l’obstacle. Ces résultats aident à diriger les recherches futures sur l’évaluation clinique utilisant la double-tâche à la marche post-TCCL chez les adolescents. / Fourteen young adolescents who had previously sustained a mild traumatic brain injury (mTBI) and thirteen healthy adolescents walked in different conditions related to environmental contexts (unobstructed walking (LEVEL), stepping over a narrow obstacle and stepping over a deep obstacle) and simultaneous cognitive tasks (no dual task (NO), Stroop task (St), verbal fluency task and arithmetic task). The goal was to identify the sensitive combinations of locomotor and cognitive tasks as well as variables that would differentiate children in early adolescence with an mTBI from those without. Fluidity was found to be more sensitive than gait speed. Motor dual-task cost (relative change between LEVEL and obstacle crossing with the same cognitive task) was found to differentiate both groups, specifically when involving visual interference (St) and more so when the dynamic equilibrium demand increased with obstacle depth. These results provide direction for future research on clinical assessment using dual-task walking post-mTBI in adolescents.

Aux signes classiques constituant la « triade parkinsonienne » : akinésie, rigidité et tremblement de repos, s'associent également progressivement troubles de la marche, dysarthrie et instabilité posturale. Les troubles axiaux constituent un écueil majeur et inévitable dans la prise en charge des patients parkinsoniens ; après 5 ans d'évolution, 50 % des patients rapportent la survenue d'enrayages cinétiques (« freezing »), définis par un arrêt involontaire de la marche, brutal, pouvant survenir au démarrage, lors du demi-tour ou du franchissement d'un obstacle. Ces épisodes sont parfois précédés d'épisodes de « festination » de la marche, au cours desquels le sujet, marchant à petits pas de plus en plus rapides, semble « courir derrière son centre de gravité ». Freezing et festination sont responsables de chutes et d'une perte d'autonomie invalidante. Les freezing doparésistants constituent une contre indication à un geste de stimulation haute fréquence des noyaux subthalamiques (NST).<br />L'objectif de ce travail était de mieux connaître l incidence des troubles axiaux et l'impact de la stimulation cérébrale profonde sur les troubles de la marche dans la maladie de Parkinson (MP) évoluée.<br />Dans un premier temps, nous avons réalisé une analyse phénoménologique du phénomène de festination orofaciale, observée chez 45 % des patients parkinsoniens après 10 ans d'évolution, non corrélée à la sévérité de la dysarthrie mais hautement avec la présence de freezing et festination de la marche, témoignant d'une physiopathologie commune.<br />Nous avons ensuite analysé les paramètres cinématiques de marche avant un épisode de freezing chez 10 patients parkinsoniens évolués. En imposant des conditions de vitesse et de cadences aux sujets, calculées à partir de leurs paramètres de marche spontanée, nous avons mis en évidence une influence prépondérante des cadences élevées sur le déclenchement du freezing dans une population prédisposée, sans lien avec la variabilité des paramètres de marche, suggérant une approche possible en terme de rééducation de ce symptôme.<br />Enfin, nous avons étudié l'impact de la stimulation cérébrale profonde sur les troubles de la marche et le freezing, après 5 ans de chirurgie. En effet, dans une proportion variant de 5 à 15 % selon les cohortes, une aggravation des troubles de la marche a été constatée chez les patients parkinsoniens, cela pouvant être relié à l'évolution naturelle de la maladie (lésions non dopaminergiques), mais l'impact de la stimulation cérébrale profonde sur ces troubles n'avait jamais été étudié. Sous stimulation du NST, le contrôle optimal des symptômes est habituellement obtenu avec un voltage moyen de 3 (± 0,4) V et une fréquence moyenne ≥ 130 (± 19) Hz. Au cours des réglages proposés après chirurgie du NST, voltage et fréquence sont les paramètres les plus fréquemment modifiés pour tenter d'optimiser le contrôle des symptômes moteurs de la maladie de Parkinson, avec une tendance naturelle à augmenter l'amplitude de stimulation au fil du temps, et parfois la fréquence, notamment en cas de tremblement. Certaines combinaisons voltage / fréquence, efficaces initialement, semblent s'avérer secondairement délétère sur le freezing et les troubles de la marche pour certains patients. Nous avons démontré une aggravation significative des paramètres de marche et du freezing sous combinaison 130 Hz, voltages usuels, tandis qu'une amélioration a pu être obtenu grâce à une combinaison de fréquence intermédiaire, 60 Hz, avec un voltage plus élevé (5 V en moyenne). Ces résultats incitent à proposer une nouvelle stratégie de réglages chez les patients parkinsoniens présentant des troubles de la marche et un freezing sous stimulation NST