L'objectif général de ce travail doctoral était d'étudier la plasticité de la fonction posturale à travers l’étude des effets d’un programme d'entraînement unilatéral ou d’une expérience sportive et/ou motrice. Pour cela, les effets de différents types d'exercices chroniques (volontaire et électro-induit) et aigus (tâche posturale répétée, échauffement et fatigue) ont été testés sur le contrôle postural monopodal en condition statique et dynamique. Les principaux résultats montrent que le programme d'entraînement unilatéral constitué de contractions volontaires et de contractions électro-induites n'a pas amélioré le contrôle postural du membre ipsilatéral et du membre controlatéral en dépit de l'augmentation de la force musculaire pour les deux membres chez des jeunes adultes sains non actifs. L'absence de résultat relatif au contrôle postural pourrait, principalement, être liée aux modalités et conditions des programmes d'entraînement qui n’étaient pas suffisamment proches des conditions écologiques du contrôle postural. En revanche, l'exercice aigu non-fatiguant comme l'échauffement a amélioré le contrôle postural monopodal chez des jeunes étudiants sportifs quelle que soit la jambe sur laquelle ils étaient évalués. Cependant, cette amélioration n’apparait qu’au bout de 10-15 minutes selon la jambe considérée après l'arrêt de l'exercice. Par ailleurs, chez des athlètes pratiquant des sports symétriques et asymétriques, les exercices aigus non-fatiguant comme la répétition d’une tâche posturale et l'échauffement, ont engendré des effets bénéfiques sur le contrôle postural monopodal statique et ont permis de distinguer la jambe dominante de la jambe non-dominante. En revanche, l'exercice aigu fatiguant a perturbé le contrôle postural indépendamment de la nature du sport pratiqué et de la jambe évaluée. / The overall objective of this thesis was to study the plasticity of postural function by investigating the effects of a unilateral training program or a sport and/or motor experience. Hence, the effects of various types of chronic (voluntary and electro-induced) and acute exercises (repeated postural task, warm-up and fatigue) were tested on monopodal postural control in static and dynamic conditions. The main findings show that the unilateral training program of voluntary contractions and electro-induced contractions did not improve postural control of the ipsilateral and contralateral limbs despite the increase in muscle strength for both in healthy non-active young adults. The lack of postural control outcome may be primarily related to the conditions of training programs that were not sufficiently close to the ecological conditions of postural control. In contrast, non-fatiguing high-intensity exercise such as warm-up improved monopodal postural control in young sports students regardless of which leg they were assessed. However, this improvement does not appear until 10-15 minutes according to the considered leg after stopping the exercise. Moreover, in athletes practicing symmetrical and asymmetrical sports, the non-fatiguing, acute exercises such as the repetition of a postural task and the warm-up, generated beneficial effects on the static monopodal postural control and enabled to distinguish the dominant leg of the non-dominant leg. In contrast, the fatiguing acute exercise disrupted postural control regardless of the nature of sport practiced and the leg assessed.

Environ, 2% des enfants de moins de 7 ans sont porteurs d'un strabisme (Williams et al., 2008) entraînant une perturbation de leur système visuel. Dans un premier temps, nous allons étudier les mouvements oculaires pendant la lecture d'un texte et pendant la poursuite d'une cible chez des enfants strabiques et de comparer ces résultats à des enfants non strabiques du même âge. Dans un second temps, nous avons étudié l'équilibre postural en condition de simple et de double tâche, puis nous avons examiné le rôle des informations proprioceptives sur le contrôle postural chez ces enfants. Nous émettons l'hypothèse selon laquelle le déficit visuel des enfants strabiques est à l'origine d'un retard ou d'un mauvais traitement cognitif de l'information visuelle ainsi qu'à l'origine d'un développement moteur modifiés s'appuyant sur d'autres systèmes sensoriels pour compenser leur déficit visuel. Quatre études publiées dans des revues internationales ont été réalisés pour tester ces hypothèses. L'ensemble de ces travaux a été réalisé afin d'apporter une meilleure compréhension des mécanismes et des interactions entre oculomotricité et contrôle postural chez les enfants strabiques. Ceci permet d'apporter des éléments fondés à l'aide au diagnostic, à la prise en charge rééducative mais aussi chirurgical de ces enfants strabiques. / Approximately 2% of children under 7 years old suffer strabismus (Williams et al., 2008), leading to a deficit in their visuel system. Firstly, we studied eye movements during reading and during smooth pursuit in strabismic children and compared these results to non strabismic age-matched children. Secondly, we studied postural control in both simple and double task, and the role of proprioceptive information on postural control in these children. We hypothesize that visual deficit in strabismic children delayed cognitive processing of visual information, and modified motor development by using other sensory systems to compensate their visual deficit. Four peer reviews were conducted to confirm these assumptions. Taken together, these studies provide a better understanding about mechanisms and interactions between oculomotricity and postural control in strabismic children. These findings allow to bring evidence for improve the diagnosis, rehabilitation treatment and also surgical treatment of strabismic children.

La chute chez les seniors constitue un problème de santé publique. Citée comme la seconde cause de décès accidentel dans le monde, elle concerne un tiers des Français de plus de 65 ans. Les séquelles physiques et fonctionnelles qui en résultent, les conséquences psychosociales nuisibles pour la qualité de la vie, la perte d'autonomie et son coût de prise en charge justifient l'attention qui lui est actuellement portée. Du point de vue du chercheur, les interprétations sous-jacentes à la surexposition des personnes âgées au risque de chute restent controversées, notamment parce que la compréhension de la coordination dynamique corporelle et de l'implication corticale lors du contrôle de l'équilibre est encore limitée. L'étude de la chute et des mécanismes qui y conduisent présente donc un double intérêt, fondamental et sociétal. Une chute survient si deux conditions sont réunies. La première est la perte initiale de l'équilibre, un 'pré-requis' qui peut toucher la population entière dans son quotidien. La seconde est un échec des mécanismes de rééquilibration, c'est à dire de la stratégie de réponse mise en œuvre pour compenser la déstabilisation : comment s'opère la sélection d'une stratégie de rattrapage, à partir de quelle appréciation du contexte et des informations sensorielles disponibles est-elle choisie ? qu'est ce qui assure son opérationnalité et garantit le rattrapage ou signe au contraire son échec ?...Pour répondre à ces questions, nous nous sommes donc intéressés à ce moment critique où il est encore possible de modifier l'issue finale par des ajustements posturaux et des actions motrices rapides et adéquats chez une population de jeunes adultes. La première étude est une analyse globale de la phase précoce d'une chute -abrégée par un harnais- (soit quelques centaines de millisecondes après la perturbation), afin d'évaluer la capacité du sujet à réagir à une perturbation imprévue et de développer des stratégies garantissant une protection efficace. Cette première étape se propose d'identifier les indicateurs discriminants et prédictifs d'une chute et d'un rattrapage au niveau neurophysiologique et biomécanique. Cette étude a également permis de mettre en évidence la présence d'un délai temporel incompressible appelé " phase passive ", source de contraintes spatio-temporelles à l'expression complète d'une réponse posturale adaptée. Dans la seconde étude, de modélisation, nous avons élaboré un modèle mécanique personnalisé, construit à partir de radiographies tridimensionnelles non invasives du corps entier. Cette modélisation nous a permis d'analyser la contribution relative de propriétés biomécaniques passives et des synergies musculaires actives en jeu pendant les perturbations récupérables de l'équilibre ou non en comparant les résultats expérimentaux ('réels') obtenus à l'aide d'un dispositif asservi pour provoquer des chutes de plain-pied et la réponse théorique prédite ('simulée') à l'aide du modèle. Les résultats obtenus permettent de confirmer que le comportement du corps est en phase précoce-dicté par ses propriétés mécaniques, et peut être assimilé à un modèle simplifié. Après avoir mis en évidence l'existence d'une phase inertielle d'une durée équivalente à la moitié du temps disponible avant l'impact, notre questionnement s'est orienté vers le traitement de l'information en-cours lors de cette phase afin d'évaluer la contribution corticale alors que la réponse posturale évolue. La troisième étude consiste principalement à appréhender la charge cognitive impliquée dans le contrôle sensori-moteur, en particulier lors d'une chute, à l'aide du paradigme de double-tâche. En conclusion, à travers une approche pluridisciplinaire, les résultats obtenus dans cette thèse permettent d'émettre des recommandations intéressantes pour une prévention et une rééducation adaptée dans le but de contribuer à l'amélioration de la qualité de vie des personnes âgées.

Ce travail de thèse vise à évaluer le rôle des afférences cutanées plantaires dans le contrôle postural et oculomoteur en manipulant l’extéroception plantaire à l’aide de stimulations mécaniques plantaires fines. La 1ère étude a montré que des éléments médio-plantaires fins externes (EME) et surtout internes (EMI) améliorent la stabilité orthostatique et postériorisent le CPP de sujets jeunes et sains lors de mouvements des yeux. Ils ont aussi une action spécifique sur la vergence (pas sur les saccades) : les EMI augmentent l’amplitude phasique de divergence et diminuent la partie tonique, autrement dit agissent surtout sur la composante pré-programmée du mouvement ; alors que les EME agissent sur la convergence en augmentant son amplitude tonique, composante contrôlée sous influence de la rétroaction visuelle. Les inserts influent de manière directe sur le contrôle postural et oculomoteur par des voies spécifiques et indépendantes. La 2ème étude explique la variabilité des réponses des sujets de la 1ère. Nous avons mesuré leur degré d’utilisation des afférences extéroceptives plantaires par la méthode du Quotient Plantaire (QP = Surface CPP mousse / Surface CPP sol dur X 100). Un QP<100 suggère une Inefficience des Afférences Plantaires (IAP) : les sujets IAP ne présentent plus d’amélioration de leur stabilité ni aucune modification de la vergence avec les inserts plantaires. Nous proposons que cette situation soit non physiologique et relève d’un dysfonctionnement non douloureux latent des récepteurs plantaires, opposant les sujets IAP aux sujets ayant un QP normal. La 3ème étude a investigué les rapports entre l’utilisation des afférences plantaires et visuelles chez de jeunes adultes sains avec la méthode du QP et du Quotient du Romberg (QR). Elle mis en évidence l’existence d’une utilisation synergique des afférences visuelles et plantaires en vision de près, uniquement chez les sujets au QP normal. Les sujets IAP ont un QR plus bas que les sujets au QP normal, en vision de près et sur sol dur uniquement. Sur mousse, leur QR des sujets IAP augmente ; les yeux fermés, leur QP augmente, ce qui objective une asynergie visuo-podale. La 4ème étude, sur la même population, a montré qu’un EME bilatéral augmente l’esophorie, uniquement de loin et chez les sujets IAP. La 5ème étude a révélé l’influence de l’extéroception plantaire sur la perception de la Verticale Visuelle Subjective (VVS) sur la même population. Elle a montré une diminution de l’erreur vers la gauche de près chez les sujets au QP normal avec un EME droit, ainsi qu’une diminution de l’erreur absolue de loin chez les sujets IAP avec un EMI bilatéral. L’ensemble de ces travaux consolide au plan théorique l’importance des afférences plantaires aussi bien pour le contrôle orthostatique, le contrôle de la vergence, la perception de la VVS et l’alignement des yeux (phories). Ils démontrent que l’utilisation de ces afférences est variable selon les sujets et ont des implications cliniques pluridisciplinaires. / This thesis aims at assessing the role of plantar cutaneous afferents in postural and oculomotor control by manipulating plantar exteroception with thin mechanical plantar stimulations. The 1st study showed that lateral, and even more medial mid-foot plantar inserts (LAS / MAS) improve stability in quiet stance and induce a backward shift of the CoP of young healthy subjects during eye movements. They also have a specific action upon vergence (not saccades): MAS increase the phasic amplitude of divergence and decrease its tonic part, in other words they mainly act on the pre-programmed component of the movement; whereas LAS act upon convergence, increasing its tonic amplitude, which is under the influence of visual retroaction. The inserts have a direct influence upon postural and oculomotor control through specific and independent paths. The 2nd study explained the variability of the subjects’ answers of the former. We measured their degree of reliance upon plantar cutaneous afferents with the Plantar Quotient method (PQ = Surface CoP foam / Surface CoP firm gorund X 100). A PQ<100 suggest a Plantar Extercoeptive Inefficency (PEI): PEI subjects do not show any improvement of their stability or any modification of vergence with the inserts. We propose that this situation is non-physiological and results from a non-noxious latent dysfunction of the sole receptors, opposing the PEI subjects to those who have a normal PQ. The 3rd study investigated the relationship between the use of plantar and visual afferents in young healthy subjects with the method of the PQ and Romberg Quotient (RQ). It has evidenced the existence of a synergic use of visual and plantar afferents in close-distance vision, only among normal PQ subjects. The PEI subjects have a significantly lower RQ than the others only at close distance on firm ground. On foam, their RQ increases; eyes closed, their PQ increases, which objectifies a visual-podal asynergy. The 4th study, on the same population, showed that a bilateral LAS increase esophoria only at far distance and among the PEI subjects. The 5th study revealed the influence of plantar exteroception upon the perception of verticality on the same population. It has brought out a decrease of the leftward error at near distance among the normal PQ subjects with a right LAS, and a decrease of the absolute error at far distance among the PEI subjects with a bilateral MAS. Taken together, these studies support, from a theoretical point of view, the importance of plantar afferents for postural control as well as vergence control, SVV estimation and eyes alignment (phorias). They demonstrate that the use of these afferents depends on the subjects and have multidisciplinary clinical implications.

La chute chez les seniors constitue un problème de santé publique. Citée comme la seconde cause de décès accidentel dans le monde, elle concerne un tiers des Français de plus de 65 ans. Les séquelles physiques et fonctionnelles qui en résultent, les conséquences psychosociales nuisibles pour la qualité de la vie, la perte d’autonomie et son coût de prise en charge justifient l’attention qui lui est actuellement portée. Du point de vue du chercheur, les interprétations sous-jacentes à la surexposition des personnes âgées au risque de chute restent controversées, notamment parce que la compréhension de la coordination dynamique corporelle et de l’implication corticale lors du contrôle de l’équilibre est encore limitée. L’étude de la chute et des mécanismes qui y conduisent présente donc un double intérêt, fondamental et sociétal. Une chute survient si deux conditions sont réunies. La première est la perte initiale de l’équilibre, un ‘pré-requis’ qui peut toucher la population entière dans son quotidien. La seconde est un échec des mécanismes de rééquilibration, c’est à dire de la stratégie de réponse mise en œuvre pour compenser la déstabilisation : comment s’opère la sélection d’une stratégie de rattrapage, à partir de quelle appréciation du contexte et des informations sensorielles disponibles est-elle choisie ? qu’est ce qui assure son opérationnalité et garantit le rattrapage ou signe au contraire son échec ?...Pour répondre à ces questions, nous nous sommes donc intéressés à ce moment critique où il est encore possible de modifier l’issue finale par des ajustements posturaux et des actions motrices rapides et adéquats chez une population de jeunes adultes. La première étude est une analyse globale de la phase précoce d’une chute -abrégée par un harnais- (soit quelques centaines de millisecondes après la perturbation), afin d’évaluer la capacité du sujet à réagir à une perturbation imprévue et de développer des stratégies garantissant une protection efficace. Cette première étape se propose d’identifier les indicateurs discriminants et prédictifs d’une chute et d’un rattrapage au niveau neurophysiologique et biomécanique. Cette étude a également permis de mettre en évidence la présence d’un délai temporel incompressible appelé « phase passive », source de contraintes spatio-temporelles à l’expression complète d’une réponse posturale adaptée. Dans la seconde étude, de modélisation, nous avons élaboré un modèle mécanique personnalisé, construit à partir de radiographies tridimensionnelles non invasives du corps entier. Cette modélisation nous a permis d’analyser la contribution relative de propriétés biomécaniques passives et des synergies musculaires actives en jeu pendant les perturbations récupérables de l’équilibre ou non en comparant les résultats expérimentaux (‘réels’) obtenus à l’aide d’un dispositif asservi pour provoquer des chutes de plain-pied et la réponse théorique prédite (‘simulée’) à l’aide du modèle. Les résultats obtenus permettent de confirmer que le comportement du corps est en phase précoce-dicté par ses propriétés mécaniques, et peut être assimilé à un modèle simplifié. Après avoir mis en évidence l’existence d’une phase inertielle d’une durée équivalente à la moitié du temps disponible avant l’impact, notre questionnement s’est orienté vers le traitement de l’information en-cours lors de cette phase afin d’évaluer la contribution corticale alors que la réponse posturale évolue. La troisième étude consiste principalement à appréhender la charge cognitive impliquée dans le contrôle sensori-moteur, en particulier lors d’une chute, à l’aide du paradigme de double-tâche. En conclusion, à travers une approche pluridisciplinaire, les résultats obtenus dans cette thèse permettent d’émettre des recommandations intéressantes pour une prévention et une rééducation adaptée dans le but de contribuer à l’amélioration de la qualité de vie des personnes âgées. / A better understanding of what happens during an unintentional fall is relevant in preventing their occurrence. A fall is due to a failure of compensatory reactions to recover from postural perturbations during the descent phase which starts at the subject loss of balance point and lasts no more than 700-1000milliseconds [Hsiao, 1998]. The aim of the first study was to compare the biomechanical and muscular behavior during the pre-impact phase during non-recoverable falls and successful recovery trials. The experimental study aimed to evaluate the subject’s ability to distinguish in the first 500 milliseconds following the onset of perturbation a low-threatening perturbation from a high challenging one and can then predict the scenario that will more likely lead to a fall using specific motor strategies. In such a challenging task, we hypothesized that the constraints imposed by the biomechanical properties ultimately determine the ability to trigger efficient muscle activities. Full body 3D kinematics and associated muscle activities were collected in 30 young healthy subjects during fast and slow unpredictable multidirectional support-surface translations. 40 cm support-surface translations were used to evoke the balancing reactions (0,35 vs 0,9 m/s during resp. 1000 vs 500 millisecond The perturbation velocities were selected so that successful recovery should occur in milder trials whereas fast trials were sufficiently challenging to trigger non-recoverable falls. Analyses focused on the spatial and temporal characteristics of the Centre of Mass, angle variations, recovery step characteristics, and EMG activities (onset latencies and amplitudes) across each trial and muscle. Moreover, a 17-segment numerical and personalized model was created, based on stereoradiographic head to feet X-ray images followed by 3D-reconstruction methods to assess subject-specific geometry and inertial parameters. The outputs resulting from simulated falls allowed us to discard the contributions of the passive (inertia-induced) versus the active mechanisms (feedback-controlled and time-delayed neuromuscular components) of the response. The first outcome of that study was that the fall could be divided in distinct phases. For about 200 milliseconds following the onset of platform translation, the head remained stable in space. Similarly, the comparison with the simulated data supported that the CoM displacement matched the subject-dependant mechanical model. During a second phase of the fall, despite the fact that automated muscle postural synergies started at 80 milliseconds after perturbation onset, the trajectory of the body appeared to be exclusively dictated by its biomechanical properties. Later, muscle activities influenced the body trajectories, which consequently differed on a trial-to-trial basis. The simulation was in good agreement with the experimental results. The specificity of the postural response resulting in a strategy chosen to avoid a fall thus appeared in a late-phase, which can be explained because during a fall, the subjects had to prepare to the impact on the basis of sensory information that were not redundant but available in a sequential order: proprioceptive information appearing first while vestibular and visual information continued to signal a stabilized head in space. The sole proprioceptive information would be insufficient to trigger rapid and appropriate postural response. Moreover, in accordance with our results suggesting the importance of the late-phase and on-line controlled responses, a long inertial passive phase in the fast trials does not allow a large spatiotemporal window for compensatory reactions to occur. These could not only depend on the previously described automated postural synergies because the time constraints imposed by biomechanics permit in principle volitional motricity to play an important role very early in the fall. (...)