Un tiers de la thèse couvre la conception et le montage d'une expérience de stimulation tactile chez l'humain. En utilisant la microneurographie, nous avons pu enregistrer la réponse neuronale des mécanorécepteurs lorsqu'ils sont stimulés de façon précise et contrôlable. Notre dispositif permet le contrôle de la position, l¿orientation, la vitesse et de la force d'appui de la stimulation via une texture micro-usinée par nos soins. Ainsi les conditions sont réunies pour étudier de façon systématique la transduction de l'information tactile, qui se trouve d¿abord dans la surface à sonder puis passe dans le codage par les neurones du système nerveux. La seconde partie concerne le montage d'un microscope par nappe laser appliqué à l'enregistrement de l'activité neuronale d¿une larve de poisson-zèbre. Le but est de se doter d'un outil permettant d'observer la totalité de la chaîne de transmission de l'information mécano-sensorielle : du récepteur au cerveau. Les poissons sont génétiquement modifiés pour exprimer le rapporteur calcique GCaMP3 dans chacun de leurs neurones. Le microscope à nappe laser, où l'éclairement du spécimen se fait par le côté avec un faisceau laser scanné et l'observation se fait par le dessus selon un axe perpendiculaire au plan d'éclairement, permet d'augmenter à la fois la fréquence de prise d'images et la taille du champ enregistré par rapport aux techniques usuelles (microscope confocal ou 2-photons). Ces gains sont mis à profit pour étudier les corrélations entre les signaux de neurones distribués dans l'ensemble du cerveau de la larve du poisson-zèbre, et mettre directement à jour les sous-réseaux à l'œuvre au cours de l'activité cérébrale. / One third of the manuscript deals with the design of a set-up to deliver tactile stimulation to a human subject. Using microneurography, we recorded the neural response of the mecanoreceptors during a controlled stimulation. The set-up provides precise control over the position, the orientation, the speed and the loading force of a stimulus that we machined on a micro-mill. Thus we can study the transduction of the information, from initially contained in the surface geometry up to the neural coding. The second part shows the construction of Single Plane Illumination Microscope designed to record the neuronal activity of a zebrafish larva. We aim at recording the whole chain of transmission from the sensor to the brain. The fish are genetically modified to express the GCaMP3 calcium indicator in each of their neurons. With the SPIM, where the excitation light comes from the side of the specimen in the shape of a lightsheet and the observation is made from the top at a 90 degrees angle, we can increase the frame rate and the size of the field of view simultaneously, compared to usual techniques (confocal or 2-photons microscopes). These improvements are used to study the correlations between signals from neurons distributed all over the larva?s brain, and discover the underlying networks.

Un tiers de la thèse couvre la conception et le montage d'une expérience de stimulation tactile chez l'humain. En utilisant la microneurographie, nous avons pu enregistrer la réponse neuronale des mécanorécepteurs lorsqu'ils sont stimulés de façon précise et contrôlable. Notre dispositif permet le contrôle de la position, l¿orientation, la vitesse et de la force d'appui de la stimulation via une texture micro-usinée par nos soins. Ainsi les conditions sont réunies pour étudier de façon systématique la transduction de l'information tactile, qui se trouve d¿abord dans la surface à sonder puis passe dans le codage par les neurones du système nerveux. La seconde partie concerne le montage d'un microscope par nappe laser appliqué à l'enregistrement de l'activité neuronale d¿une larve de poisson-zèbre. Le but est de se doter d'un outil permettant d'observer la totalité de la chaîne de transmission de l'information mécano-sensorielle : du récepteur au cerveau. Les poissons sont génétiquement modifiés pour exprimer le rapporteur calcique GCaMP3 dans chacun de leurs neurones. Le microscope à nappe laser, où l'éclairement du spécimen se fait par le côté avec un faisceau laser scanné et l'observation se fait par le dessus selon un axe perpendiculaire au plan d'éclairement, permet d'augmenter à la fois la fréquence de prise d'images et la taille du champ enregistré par rapport aux techniques usuelles (microscope confocal ou 2-photons). Ces gains sont mis à profit pour étudier les corrélations entre les signaux de neurones distribués dans l'ensemble du cerveau de la larve du poisson-zèbre, et mettre directement à jour les sous-réseaux à l'œuvre au cours de l'activité cérébrale.

Une régression des principales modalités sensorielles (vision, audition, goût et odorat) est bien rapportée à l'âge. La perception tactile est influencée par différents paramètres. Un grand nombre de ces paramètres ont été bien étudiés dans la littérature tels que le système nerveux central, la densité des mécanorécepteurs dans la peau et les seuils de détection vibro-tactile. Ces paramètres ont été étudiés pour comprendre l'affaiblissement de la perception tactile au fil du temps et les différences naturelles entre les hommes et les femmes. Le doigt humain est toujours utilisé pour qualifier la qualité et les propriétés d'une surface. Par conséquent, un panel de différent âge et sexe est toujours utilisé par différents secteurs industriels afin de comprendre les besoins des consommateurs. Cependant, cette méthode est très coûteuse, longue et subjective. L’objectif de ce travail était de développer une méthodologie qui permette d'avoir une objectivation tactile semblable au panel, cela signifie qu'on doit prendre en compte les effets de l'âge et du sexe. Cette thèse a fourni des mesures in vivo pour 40 doigts humains. Nos développements proposent un doigt artificiel capable de mimer le doigt humain, en tenant l’effet de l'âge et du sexe. Pour atteindre notre objectif, nous avons développé plusieurs approches qui combinent à la fois, la topographie multi-échelle du doigt humain, ces propriétés mécaniques anisotropes, les propriétés tribologiques et l’effet de l’aire réelle de contact et la direction du toucher sur la force de frottement et les vibrations générées. Le développement d’un algorithme de traitement du signal, a permis d’identifier des coefficients représentatifs de la qualité de la surface touchée. L’ingénierie de l'émotion a été un autre axe de recherche dans de ces travaux. L’instrumentation du doigt humain avec un dispositif laser-doppler, a permis d’évaluer la qualité tactile des échantillons en fonction de l'émotion générée pendant le processus du toucher. Cette émotion est étudiée par la variation fréquentielle du débit sanguin. Le mise au point d’un doigt artificiel bio-inspiré qui possède des propriétés biophysiques proches du doigt humain, a permis de réaliser un démonstrateur de toucher qui peut intégrer l’âge et le sexe d’un panel. Ce dispositif répond au cahier des charges défini dans le projet ANR «plasticTouchDevice», et permet aux industriels de la plasturgie de mener des expertises de leurs innovations en ayant recours à un dispositif qui permet d’intégrer l’effet de l’âge et du sexe dans la métrologie de la qualité du toucher des matériaux plastiques. / A decline in the main sensory modalities (vision, hearing, taste, and smell) is well reported to occur with advancing age, it is expected a similar change to occur with touch sensation and perception. The tactile perception is influenced by different parameters. Many of those parameters have been well studied in the literature such as central nervous system, the density of mechanoreceptors in the skin and the vibro-tactile detection thresholds. These parameters have been studied in order to understand the weakens of tactile perception over time and the natural differences between men and women. The human finger is always used to qualify the quality and the properties of a surface. Therefore, a panel of different age and gender always used by companies in order to understand the customers’ needs. However, this method is very expensive, time-consuming and subjective. The objective of this work is to give a solution that avoid the limits of the actual method, but in the same time it should keep their advantages (age and gender). This thesis provided in vivo measurements for 40 human fingers. Our developments propose an artificial finger capable of mimicking the human finger, taking into account the effects of age and gender. To achieve our goal, we have developed several approaches that combine the multi-scale topography of the human finger, the anisotropic mechanical properties, the tribological properties, the effect of the real contact area, the direction of touch on the friction force and the vibrations generated by the human finger. The development of a new signal processing algorithm has made it possible to identify coefficients representative of the quality of the affected surface. The engineering of emotion has been another area of research in this work. Instrumentation of the human finger with a laser Doppler device, allowed to evaluate the tactile quality of the samples according to the emotion generated during the process of the touch. This emotion is studied by the frequency variation of the blood flow. The development of a bio-inspired artificial finger that has biophysical properties close to the human finger, has made it possible to realize a haptic touch demonstrator that can integrate the age and gender of a panel. This device meets the specifications defined in the ANR project "PlasticTouchDevice", and allows plastics industry to conduct expertise of their innovations by using a device that allows the integration of the effects of age and of gender in the metrology of the quality of the touch of plastic materials.