La fatigue musculaire est un phénomène transitoire communément expérimenté dans la vie quotidienne. Principalement associée à un déficit de production de force, elle s’accompagne également d’une augmentation de l’effort mental à fournir pour déployer un niveau de force particulier. L’augmentation du taux de décharge des afférences nociceptives de petit diamètre (groupes III et IV) lors de contractions fatigantes modifie l’expression des commandes motrices – notamment en raison de processus inhibiteurs associés à leur intégration aux niveaux spinal et supraspinal – ce qui affecte finalement la production motrice. C’est la raison pour laquelle une intention motrice similaire avec et sans fatigue se traduira par des formes gestuelles différentes. Une problématique qui n’a jusque-là jamais été abordée dans la littérature concerne la capacité du Système Nerveux Central (SNC) à anticiper les effets de la fatigue musculaire de façon prédictive. Cette capacité prédictive sera étudiée dans ce travail de thèse au moyen de paradigmes expérimentaux faisant intervenir des processus de contrôle prédictifs de la posture, i.e. les Ajustements Posturaux Anticipés (APAs). Du fait que de nombreux travaux montrent que les APAs sont modulés en fonction des caractéristiques mécaniques du mouvement à venir, l’altération des capacités des muscles focaux grâce à des protocoles de fatigue maîtrisés nous a permis d’apprécier la capacité du SNC à en prédire les effets. Nous verrons que cette capacité est condition-dépendante, à savoir qu’elle dépend de la nature des contractions effectuées (volontaires vs. électro-induites) et du niveau de contraintes cognitives et temporelles imposées lors de la préparation du mouvement / Muscle fatigue is a transient and commonly experienced phenomenon. It is mainly associated with loss of force and leads to higher effort to produce a particular force level. The increased discharge rate of the nociceptive afferents (group III and IV) during fatiguing contractions alters motor command expression and finally motor production. An issue that has never been addressed in the literature is the Central Nervous System (CNS) capacity to anticipate muscle fatigue effects in a predictive fashion. This predictive capacity will be investigated thanks to experimental paradigms involving postural predictive processes of control, namely Anticipatory Postural Adjustments (APAs). Because numerous works show that APAs are modulated as a function of the mechanical properties of the upcoming movement, the induction of muscle fatigue at the levels of the focal muscles allowed us to appreciate the CNS capacity to predict muscle fatigue effects. We will demonstrate that this capacity is condition-dependent, i.e. it depends on the nature of the fatiguing contractions performed (voluntary vs. electro-induced) and on the level of cognitive and temporal constraints during movement preparation

Selbstorganisierte drahtlose (ad hoc) Multihopnetzwerke können als einfach einsetzbare, robuste und rekonfigurierbare Kommunikationsinfrastruktur zum Beispiel in Katastrophenszenarien eingesetzt werden. Solche drahtlosen Netzwerke nutzen die Luft als geteiltes Kommunikationsmedium, was bedeutet, dass die Parameter des Netzwerks sehr orts- und zeitveränderlich sowie verrauscht sind. Intelligente Roboter können als Netzwerkknoten diese Herausforderungen bewältigen, indem sie sensomotorische Interaktion ausnutzen. Für einzelne Roboter wurde ein Algorithmus zur Exploration unbekannter Netzwerke entwickelt. Außerdem wurde gezeigt, dass eine Klasse gradientenbasierter Navigationsalgorithmen für den Fall von Signalstärkemessungen konvergiert. Es wurde zudem gezeigt wie diese Art von Algorithmen sich auf andere Aufgaben als das Finden von Netzwerkknoten erweitern lassen. Zusätzlich wurde ein Algorithmus basierend auf internen Modellen, der dem Roboter zum Beispiel ermöglicht Netzwekknoten finden oder zwei Netzwerkknoten zu überbrücken, entwickelt. Alle Algorithmen wurden in Simulation oder mit echten Robotern implementiert und evaluiert. Für den Fall mehrerer Roboter existieren bereits viele interessante Algorithmen in der Literatur. Allerdings wird im Moment keiner dieser Algorithmen in realen Systemen eingesetzt. Einer der Gründe hierfür ist, dass naive Sachwarmalgorithmen meist nicht sicher und zuverlässig genug sind. Um dieses Problem zu lösen wurde eine Architektur, die auf internen Modellen basiert und interne Simulation nutzt, untersucht. Es wurden zwei Testszenarien analysiert: Im ersten Experiment sollte ein Roboter andere Roboter davor bewahren zu Schaden zu kommen und dabei gleichzeitig seine eigene Sicherheit gewährleisten und eine Aufgabe erfüllen. Im zweiten Experiment musste ein Roboter durch einen Korridor navigieren ohne mit anderen Robotern zusammenzustoßen. Die vorgeschlagene Architektur hat sich als sehr effektiv erwiesen. / Self-organized wireless multihop (ad hoc) networks can form an easily deployable, robust and reconfigurable communication infrastructure, which can be employed for example in a disaster scenario, when static communication infrastructure has been destroyed. As such wireless networks use the air as a shared physical medium, the parameters of these networks often show very space- and time-varying noisy characteristics. Intelligent robotic network nodes can overcome these problems posed by these dynamics and measurement noise by exploiting sensorimotor interaction. For single robots, an algorithm for network exploration of unknown networks for large scale outdoor scenarios has been developed. Furthermore, a class of gradient-based algorithms for navigation in wireless networs hase been shown to converge for the case of signal strength measurements. Additionally, it was shown how these algorithms can be extended to other tasks than locating a network node. Additionally, an internal model-based algorithm to solve tasks like locating a node or bridging two nodes has been developed. All algorithms have been implemented and evaluated either in simulation or on real robots. For the case of multiple robots, a lot of interesting algorithms for example for optimal placement of mobile network nodes have been presented in literature. However, none of them are being used in real world scenarios. One of the reasons for that is insufficient safety and fault tolerance of naive algorithms. To overcome this problem the use of an internal model-based architecture using internal simulation has been investigated. Two test scenarios have been investigated using this architecture: in the first experiment a robot had to prevent other robots from coming to harm while ensuring its own safety and fulfilling a task. In a second experiment, a robot had to navigate through a narrow corridor without colliding with other robots. The proposed architecture has been shown to be very effective.

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L’objectif général de cette thèse était d’investiguer l’organisation posturale de l’initiation de la marche (IM) lors de l’application cumulée de contraintes temporelles et spatiales. L’hypothèse générale était que le système postural, chez le jeune adulte sain, est capable de s’adapter à une variation du degré de contrainte imposé expérimentalement, pour maintenir un niveau de performance motrice et de stabilité invariant. Trois études ont été réalisées pour tester cette hypothèse générale, auxquelles s’est ajoutée une étude de validation de mesure des dimensions de la base de support (BS). L’objectif de la première étude était d’analyser l’effet de la pression temporelle (PT) et de la présence d’un obstacle à franchir sur l’organisation posturale de l’IM. Les résultats ont montré que la durée des ajustements posturaux anticipateurs (APA) était réduite en condition de PT forte comparativement à la condition de PT faible. Cette contrainte n’entrainait cependant pas d’altération de la stabilité et de la performance motrice, vraisemblablement grâce à l’augmentation concomitante de l’amplitude des APA. Par ailleurs, il a été montré que l’enjambement de l’obstacle induisait une augmentation de la durée de la phase oscillante provoquant, de fait, une augmentation potentielle de l’instabilité posturale. Cet effet négatif était cependant contrebalancé par un développement d’APA plus important qu’en condition sans obstacle. Dans cette première étude, la hauteur et la distance à l’obstacle étaient fixes. L’objectif de la deuxième étude était d’analyser l’effet d’une modification des caractéristiques de l’obstacle, combinée à une variation de la contrainte temporelle sur l’organisation posturale de l’IM. Trois hauteurs et distances d’obstacle, et deux niveaux de PT étaient combinés. Pour mettre en évidence le caractère adaptatif de la modulation des caractéristiques des APA en fonction des contraintes spatiotemporelles imposées, un modèle mécanique original du corps humain permettant de formaliser la trajectoire du centre des masses a été élaboré. En accord avec la première étude, les résultats ont montré que la stabilité posturale et la performance motrice demeuraient équivalentes dans les différentes conditions, malgré les larges variations des contraintes imposées. Le modèle mécanique nous a permis de démontrer que cette invariance était liée à la modulation de l’amplitude des APA, témoignant ainsi de l’adaptabilité du système postural aux contraintes imposées. Cette expérimentation a également permis de mettre en évidence de façon fortuite que plus la distance à l’obstacle était importante, plus le pourcentage de pose avant-pied augmentait. L’objectif de la troisième étude était d’analyser l’effet de la pose de pied (avant ou arrière-pied) sur l’organisation posturale de l’IM avec franchissement d’obstacle. Les résultats ont montré que cette organisation posturale dépendait étroitement de la stratégie de pose du pied. Ceux-ci suggéraient l’existence d’une relation d'interdépendance entre les mécanismes de contrôle de l'équilibre de l’IM et la stratégie de pose du pied permettant ainsi, un contrôle optimal de la stabilité. L’objectif de la quatrième étude était de valider la mesure des dimensions de la BS au cours de l’IM à l’aide d’une plateforme de force (méthode dynamique), en prenant pour « gold standard » le système VICON. Les résultats ont montré que la méthode dynamique était suffisamment précise pour pouvoir être comparée au gold standard. En conclusion, l’ensemble de ces résultats suggère que chez le jeune adulte sain, le SNC est capable de moduler de façon adaptative et optimale les mécanismes de contrôle de l’équilibre en fonction des contraintes spatiotemporelles imposées. En termes d’implications cliniques, l’IM avec franchissement d’obstacle serait une méthode de rééducation intéressante aussi bien en évaluation (test-retest) qu’en rééducation où l’obstacle permettrait de proposer une contrainte dosable et reproductible / The main objective of this thesis was to investigate the postural organization of gait initiation (GI) during the application of temporal and spatial constraints. The main hypothesis was that the postural system, in the healthy young adult, is able to adapt to the degree of constraint imposed experimentally, in order to maintain an invariant level of motor performance and stability. Three studies were conducted to test this main hypothesis, with the addition of a validation study measuring the dimensions of the base of support (BOS). The objective of the first study was to analyze the effect of temporal pressure (TP) and the presence (or not) of an obstacle to be cleared on the postural organization of GI. The results showed that the duration of anticipatory postural adjustments (APA) was drastically reduced under the condition of high TP (GI in reaction time) compared to the condition of low TP (GI in self-initiated). This constraint didn’t result in a decrease of stability and motor performance, probably due to the increase in APA amplitude. In addition, it has been shown that clearing an obstacle induces an increase in the duration of the swing phase causing, a potential increase of the postural instability. This negative effect was, however, counterbalanced by the development of more significant APA than without obstacle. In this first study, the height and the distance of the obstacle were fixed. The objective of the second study was to analyze the effect of a modification in the characteristics of the obstacle to be cleared, combined with a variation of temporal constraint on the postural organization of GI. Three heights and three obstacle distances, and two TP levels were combined. To insist on the adaptive character of the characteristics of APA modulation according to the spatiotemporal constraints imposed, an original mechanical model of the human body formalizing the centre of mass trajectory has been elaborated. In agreement with the first study, the results showed that postural stability and motor performance remained equivalent under the different experimental conditions, despite wide variations in the imposed stress level. The mechanical model allowed us to demonstrate that this invariance was related to the amplitude modulation of APA, thereby demonstrating the adaptability of the postural system to imposed constraints. This experiment also highlights "fortuitously" that as the obstacle distance increase, the higher percentage of forefoot strike increase. Also, the objective of the third study was to analyze the effect of the foot strike strategy (front or rear foot) on the postural organization of the GI with an obstacle to be cleared. The results showed that this postural organization was dependent on the swing foot-off strategy. These results suggested the existence of an interdependent relationship between GI's balance control mechanisms and the foot strike strategy, allowing an optimal control of stability. Finally, the objective of the fourth study was to validate the measurement of the BOS dimensions during GI using a force platform (dynamic method), taking the VICON system as gold standard. The results showed that the dynamic method was sufficiently precise to be compared to the gold standard. In conclusion, all of these results suggest that in the healthy young adult, the CNS is able to adaptively and optimally modulate the balance control mechanisms according to the spatiotemporal constraints imposed experimentally. For clinical implications, GI with obstacle to be cleared would be an interesting method of rehabilitation in both test-retest and rehabilitation where the obstacle would provide a measurable and reproducible constraint.

Heutige Roboter sind nur begrenzt in der Lage etwas zu erlernen, sich unerwarteten Umständen anzupassen oder auf diese zu reagieren. Als Antwort auf diese Fragen, develomental robotics setzt sich den Aufbau eines künstlichen Systems zum Ziel, das motorische und kognitive Fähigkeiten analog zur menschlichen Entwicklung durch Interaktion mit der Umgebung entwickeln kann. In dieser Arbeit wird ein ähnlich Ansatz verwendet, mit Hilfe dessen grundlegende Verhaltenskomponenten identifiziert werden sollen, die eine autonome Aneignung motorischer und kognitive Fähigkeiten durch die Roboter ermöglichen könnten. Diese Arbeit untersucht die sensomotorische Interaktion als Mittel zur Schaffung von Erfahrungen. Es werden Experimente zu explorative Verhaltensweisen zur Aneigung von Arbewegungen, der Werkzeugnutzung und von interaktiven Fähigkeiten vorgestellt. In diesem Rahmen wird auch die Entwicklung sozialer Fähigkeiten, insbesondere durch joint attention, behandelt. Dabei werden zwei Vorraussetzugen zu joint attention untersucht: Zeigegesten und Erkennung von visueller Salienz. Dabei wurde das Framework der interen Modelle für die Darstellung von sensomotorischen Erfahrungen angewendet. Insbesondere wurden inverse und Vorwärtsmodelle mit unterschiedlichen Konfigurationen am sensorischen und motorischen Daten, die vom Roboter durch exploratives Verhalten, durch Beobachtung menschliche Vorführern, oder durch kinästhetisches Lehren erzeugt wurden geschult. Die Entscheidung zu Gunsten dieses Framework wurde getroffen, da es in der Lage ist, sensomotorische Zyklen zu simulieren. Diese Arbeit untersucht, wie grundlegende kognitive Fähigkeiten in einen humanoiden Roboter unter Berücksichtigung sensorischer und motorischer Erfahrungen implementiert werden können. Insbesondere wurden interne Simulationsprozesse für die Implementierung von Kognitivenfahigkeiten wie die Aktionsauswahl, die Werkzeugnutzung, die Verhaltenserkennung und die Self-Other distinction, eingesetzt. / State-of-the-art robots are still not properly able to learn from, adapt to, react to unexpected circumstances, and to autonomously and safely operate in uncertain environments. Researchers in developmental robotics address these issues by building artificial systems capable of acquiring motor and cognitive capabilities by interacting with their environment, inspired by human development. This thesis adopts a similar approach in finding some of those basic behavioural components that may allow for the autonomous development of sensorimotor and social skills in robots. Here, sensorimotor interactions are investigated as a mean for the acquisition of experience. Experiments on exploration behaviours for the acquisition of arm movements, tool-use and interactive capabilities are presented. The development of social skills is also addressed, in particular of joint attention, the capability to share the focus of attention between individuals. Two prerequisites of joint attention are investigated: imperative pointing gestures and visual saliency detection. The established framework of the internal models is adopted for coding sensorimotor experience in robots. In particular, inverse and forward models are trained with different configurations of low-level sensory and motor data generated by the robot through exploration behaviours, or observed by human demonstrator, or acquired through kinaesthetic teaching. The internal models framework allows the generation of simulations of sensorimotor cycles. This thesis investigates also how basic cognitive skills can be implemented in a humanoid robot by allowing it to recreate the perceptual and motor experience gathered in past interactions with the external world. In particular, simulation processes are used as a basis for implementing cognitive skills such as action selection, tool-use, behaviour recognition and self-other distinction.

2008年次貸風暴橫掃全球金融市場，Basel II制度歷經多年的實施，卻無法有效防阻金融風暴的發生。觀察2008已採用內部模型法之主要國際金融機構之年報，亦發現採用蒙地卡羅模擬法之代表銀行『德意志銀行』於該年度竟發生了35次穿透，市場風險管理到底出了什麼問題？這是被極度關心的現象，產官學界也對此現象提出了許多議題。2012年的現在，次貸的風暴尚未遠去，新的歐債危機也正在蔓延，若金融風暴再次來臨，市場風險管理是否能克服次貸風暴後所凸顯的缺失，市場風險管理的價值除被動管理外，是否還可以進階到主動預警，以作為經營決策的重要參考資訊？這些都是國內金融機構需積極面對的急迫的市場風險管理議題。 個案金控的市場風險管理機制致力於解決次貸以來所凸顯的市場風險管理議題、提升市場風險衡量的精準度、擴大市場風險管理之應用範圍，並將市場風險管理的價值由被動管理角色進階到主動預警角色，以期作為經營決策的重要參考。經過多年的淬煉，其發展理念與經驗應具相當參考價值，故本論文以個案金融控股公司(以下簡稱個案金控)之實務經驗進行個案研究，除分析個案金控市場風險管理機制的基礎架構外，也將研究重心放在個案金控如何在此基礎架構下，開發多種進階市場風險量化管理功能。 本論文除研究個案金控如何完善市場風險值量化機制外，也對各量化功能的實施結果進行分析，以期研究成果可更客觀的作為其他金融控股公司未來發展進階市場風險衡量機制之參考。