Le but de cette étude était d'isoler l'impact de la chorée sur les mouvements volontaires, pour mieux évaluer le rôle des mouvements involontaires sur les perturbations motrices observées chez les patients ayant la maladie de Huntington. Les mouvements involontaires du corps ainsi que les actions motrices volontaires furent enregistrés simultanément, à l'aide d'un système de pistage magnétique, chez quinze patients choréiques ayant la maladie de Huntington ainsi que chez quinze sujets contrôle en bonne santé de même âge et sexe. Il a été demandé aux participants d'accomplir deux tâches distinctes; une de mouvements alternés rapides (RAM) qui permettra de quantifier l'hypokinésie et la bradykinésie, et une tâche de poursuite manuelle (MT) qui fournira une mesure quant à l'intrusion des chorées lors de mouvements précis. Les patients ayant la maladie de Huntington ont obtenu de meilleurs résultats comparativement aux sujets contrôles lors de la tâche RAM, démontrant ainsi l'absence de bradykinésie chez ces sujets. Lors de la tâche MT, les patients ayant la maladie de Huntington ont démontré une déviation par rapport à l'emplacement de la cible réduisant ainsi leur habileté à reproduire sa vitesse. De plus, une corrélation fût établie entre l'erreur au niveau des performances et l'amplitude des chorées du corps, illustrant l'effet néfaste des chorées lors de mouvements précis. Ces résultats démontrent clairement que la bradykinésie n'est pas un symptôme de la maladie de Huntington lorsque des chorées sont présentes, mais que les chorées sont la principale cause d'erreur de performance lors de mouvements précis. Donc, les patients atteints de la maladie de Huntington bénéficieraient grandement de traitements visant à réduire les chorées tout en maintenant une fonction motrice adéquate. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Huntington, Bradykinesia, Chorée, Quantification, Parkinson.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Dans ce mémoire, l’effet de la douleur expérimentale tonique sur l’acquisition et la rétention motrice a été évalué durant l’apprentissage d’une tâche d’atteinte perturbée par un champ de force. Deux variables ont été utilisées pour caractériser l’apprentissage moteur chez les deux groupes étudiés (Contrôle et Douleur) : (1) l’erreur cinématique moyenne, qui reflète la performance globale pendant la tâche; et (2) l’angle de déviation initiale, un indicateur des stratégies motrices anticipatoires. Nos résultats démontrent que la présence de douleur n’affecte pas la performance globale pendant les phases d’acquisition et de rétention motrices. Toutefois, les changements dans stratégies anticipatoires observées en début de mouvement sont augmentés en présence de douleur, et perdurent lors de l’évaluation de la rétention (jour 2) même si aucune douleur n’est présente. En conclusion, notre projet de recherche démontre la pertinence d’étudier l’effet de la douleur durant l’apprentissage moteur particulièrement pour les patients en réadaptation. / This master’s thesis is on the effect of tonic experimental pain on motor acquisition and retention while learning to reach in a force field. Two variables were used to characterize motor learning for Control and Pain groups; (1) the mean kinematic error associated to the global performance and (2) the initial angle of deviation, indicator of motor planning. Our results showed that tonic pain did not affect global performance during both acquisition and retention phases. However, the change in the anticipatory response in the feedforward component of the movement was increased. Interestingly, this behaviour was maintained on Day 2, despite the fact that no pain was then present. In conclusion, our work supports the importance of understanding the effect of pain on motor learning for patients in pain during their rehabilitation.

Titre de l'écran-titre (visionné le 27 septembre 2023) / Il est bien établi que la consolidation d'une nouvelle habileté motrice survient hors ligne, c'est-à-dire sans pratique supplémentaire, entre les sessions de pratique (Robertson et al., 2004a). Il y a de plus en plus d'évidences que le sommeil joue un rôle essentiel dans ce processus de consolidation (King et al., 2017). Les réseaux neuronaux qui sous-tendent la consolidation en mémoire d'un apprentissage moteur pendant la pratique et pendant une période de sommeil ont été largement caractérisés (King et al., 2017), mais les dynamiques cérébrales associées à ce processus restent peu explorées. Des données de magnétoencéphalographie (MEG) ont été utilisées pour caractériser l'effet du sommeil sur les dynamiques cérébrales associées à la consolidation en mémoire d'un apprentissage moteur. Deux groupes de participants sains (n =33) ont été entrainés sur une tâche d'appuis-bouton séquentiels avec leur main non-dominante pendant que leur activité cérébrale était enregistrée en MEG. Les participants ont ensuite réalisé la même tâche dans la MEG durant une session de retest trois jours après l'entrainement initial. Durant la première nuit suivant la session d'entrainement initial, le premier groupe a dormi normalement (groupe SG), alors que le second groupe a été privé de sommeil (groupe SDG). Les données comportementales ont montré une plus grande amélioration de la performance durant le retest comparativement à l'entrainement initial chez le groupe SG seulement, confirmant que le sommeil améliore la consolidation en mémoire. Les analyses des données MEG ont révélé une modulation de l'activité oscillatoire bêta durant la pratique au niveau du cortex moteur primaire (M1) dans le groupe SG. Spécifiquement, nous avons observé une diminution de la désynchronisation reliée au mouvement durant le retest comparativement à l'entrainement initial. Durant les périodes de repos inter-pratique, soit les courtes périodes de repos (15s) entrecoupées entre les blocs de pratique, une augmentation de la synchronisation des oscillations bêta dans les aires pariétales a été observée durant la session de retest comparativement à l'entrainement initial pour le groupe SG seulement. Finalement, une corrélation positive a été observée entre les changements intersession de la performance et de l'activité oscillatoire cérébrale dans le groupe SG: plus l'amélioration de la performance était grande, plus la diminution de la désynchronisation bêta reliée au mouvement dans l'hippocampe était grande. Ces résultats suggèrent que le sommeil favorise la consolidation en mémoire d'un apprentissage moteur et module l'activité oscillatoire associée à la pratique et aux périodes de repos dans un réseau moteur, pariétal et hippocampique. / It is well-established that the consolidation of newly acquired motor skills occurs offline, i.e., without further task practice, between practice sessions (Robertson et al., 2004a). There is increasing evidence that sleep plays a critical role in the motor memory consolidation process (King et al., 2017). The neural networks underlying motor learning and sleep-related memory consolidation have been extensively characterized (King et al., 2017) but less is known about the oscillatory brain dynamics supporting these processes. Magnetoencephalography (MEG) was used to characterize the effect of post-learning sleep on the oscillatory dynamics associated with motor memory consolidation. Two groups of young healthy participants (n = 33) were trained on a sequential finger-tapping task with their left non-dominant hand while their brain activity was recorded with MEG. The participants then performed the same task during a retest session taking place in the MEG three days after the initial training. During the first night following the initial training session, one group of participants slept normally (SG group), while the other group was totally sleep-deprived (SDG group). The behavioral results show greater performance improvement from training to retest in the SG as compared to the SDG, suggesting that sleep is beneficial for motor memory consolidation. MEG data analysis revealed a modulation of practice-related beta (18-25 Hz) oscillatory activity over the primary motor cortex (M1) in the SG group. Specifically, we observed a decrease in movement-related desynchronization during task practice during retest as compared to training. During inter-practice rest periods, i.e., the short rest blocks (15s) interspersed between blocks of task practice, greater beta synchronization was observed over parietal regions during the retest as compared to the initial training session in the SG group. Finally, a positive correlation was observed between inter-session changes in performance and oscillatory brain activity in the SG, such that the greater the performance improvement, the greater the decrease in task-related beta desynchronization in the hippocampus. These results suggest that sleep promotes motor memory consolidation and modulates the oscillatory activity associated with both task practice and inter-practice rest periods in a motor-parietal-hippocampal network.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016-2017 / Introduction : Une proportion importante des individus ayant recours à des services de réadaptation physique vit avec de la douleur et des incapacités locomotrices. Plusieurs interventions proposées par les professionnels de la réadaptation afin de cibler leurs difficultés locomotrices nécessitent des apprentissages moteurs. Toutefois, très peu d’études ont évalué l’influence de la douleur sur l’apprentissage moteur et aucune n’a ciblé l’apprentissage d’une nouvelle tâche locomotrice. L’objectif de la thèse était d’évaluer l’influence de stimulations nociceptives cutanée et musculaire sur l’acquisition et la rétention d’une adaptation locomotrice. Méthodologie : Des individus en santé ont participé à des séances de laboratoire lors de deux journées consécutives. Lors de chaque séance, les participants devaient apprendre à marcher le plus normalement possible en présence d’un champ de force perturbant les mouvements de leur cheville, produit par une orthèse robotisée. La première journée permettait d’évaluer le comportement des participants lors de la phase d’acquisition de l’apprentissage. La seconde journée permettait d’évaluer leur rétention. Selon le groupe expérimental, l’apprentissage se faisait en présence d’une stimulation nociceptive cutanée, musculaire ou d’aucune stimulation (groupe contrôle). Initialement, l’application du champ de force provoquait d’importantes déviations des mouvements de la cheville (i.e. erreurs de mouvement), que les participants apprenaient graduellement à réduire en compensant activement la perturbation. L’erreur de mouvement moyenne durant la phase d’oscillation (en valeur absolue) a été quantifiée comme indicateur de performance. Une analyse plus approfondie des erreurs de mouvement et de l’activité musculaire a permis d’évaluer les stratégies motrices employées par les participants. Résultats : Les stimulations nociceptives n’ont pas affecté la performance lors de la phase d’acquisition de l’apprentissage moteur. Cependant, en présence de douleur, les erreurs de mouvement résiduelles se trouvaient plus tard dans la phase d’oscillation, suggérant l’utilisation d’une stratégie motrice moins anticipatoire que pour le groupe contrôle. Pour le groupe douleur musculaire, cette stratégie était associée à une activation précoce du muscle tibial antérieur réduite. La présence de douleur cutanée au Jour 1 interférait avec la performance des participants au Jour 2, lorsque le test de rétention était effectué en absence de douleur. Cet effet n’était pas observé lorsque la stimulation nociceptive cutanée était appliquée les deux jours, ou lorsque la douleur au Jour 1 était d’origine musculaire. Conclusion : Les résultats de cette thèse démontrent que dans certaines circonstances la douleur peut influencer de façon importante la performance lors d’un test de rétention d’une adaptation locomotrice, malgré une performance normale lors de la phase d’acquisition. Cet effet, observé uniquement avec la douleur cutanée, semble cependant plus lié au changement de contexte entre l’acquisition des habiletés motrices et le test de rétention (avec vs. sans douleur) qu’à une interférence directe avec la consolidation des habiletés motrices. Par ailleurs, malgré l’absence d’influence de la douleur sur la performance des participants lors de la phase d’acquisition de l’apprentissage, les stratégies motrices utilisées par ceux-ci étaient différentes de celles employées par le groupe contrôle. / Introduction: A large proportion of individuals undergoing physical rehabilitation live with concurrent pain and locomotor disabilities. Many rehabilitation interventions targeting these locomotor disabilities are based on motor learning principles. However, very few studies have assessed the effect of pain on motor learning and none has targeted locomotor learning. The objective of this thesis was to evaluate the effect of cutaneous and muscular nociceptive stimulations on the acquisition and retention of a locomotor adaptation. Methods: Healthy individuals participated in laboratory sessions on two consecutive days. On each day, participants had to learn to walk as normally as possible while a robotized ankle-foot orthosis systematically applied a force field perturbing their ankle movements. Day 1 allowed the quantification of participants’ behaviour during the acquisition phase of motor learning. Day 2 tested retention. A cutaneous or muscular nociceptive stimulation, or no stimulation (Control group) was applied to participants during one or both learning sessions as a function of the group they were assigned to. Initially, the force field caused large deviations of participants’ ankle movements (i.e. movement errors). After walking several strides with the perturbation, participants learned to overcome it, thereby reducing movement errors. The mean absolute movement error during swing was calculated to assess participants’ performance. Detailed analysis of movement errors combined with muscle activity allowed to quantify the motor strategies employed. Results: Pain did not interfere with motor performance during the acquisition phase of motor learning. However, movement errors occurred later in the swing phase in the presence of pain, suggesting a reduction in anticipatory strategy compared to controls. For the muscle pain group, this change in strategy was associated with a reduced early activation of the Tibialis Anterior muscle. Furthermore, the presence of cutaneous pain on Day 1 interfered with participants’ performance on Day 2, when the retention test was performed in the absence of pain. However, this effect was not observed if cutaneous pain was applied on both days or if Day 1 pain was muscular. Conclusions: Results obtained showed that under particular circumstances, pain can greatly influence participants’ performance during a retention test, despite apparently normal performance during the acquisition phase of learning. This finding, observed only for cutaneous pain, appears to be more related to the change in context between the acquisition of motor skills and the retention test (pain vs no pain) than to a direct interference with the consolidation processes. Moreover, despite the fact that pain had no effect on motor performance during the acquisition phase of motor learning, motor strategies used by participants were modified when compared to controls.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La théorie des facettes sert de référentiel à cette recherche. Cette théorie a été développée dans le monde de l'information documentaire par Ranganathan (1933, 1967). L'auteur propose de décrire le contenu des documents selon une approche combinatoire et multidimensionnelle qui s'oppose aux classifications mono hiérarchiques en vigueur jusque là. Pour Ranganathan, le contenu de tout document touche à cinq aspects de la réalité : la Personnalité, la matière, l'énergie, l'espace et le Temps. A ces cinq perspectives s'ajoute une facette principale, représentant généralement le domaine de la connaissance auquel on peut rattacher un document particulier (Agriculture, Médecine, etc.). Nous proposons dans ce travail de réinterroger la théorie des facettes de Ranganathan dans une perspective de recherche d'information sur internet. Nous nous interrogerons sur la faisabilité et la mise en oeuvre de telles descriptions pour les documents en ligne. La caractérisation des facettes passe par un travail multidisciplinaire mettant en œuvre des emprunts et des transpositions dans le domaine de la fouille de données, de la psychologie sociale, de l'informatique, des mathématiques, des sciences du langage, de la communication.

Le tremblement physiologique est un très petit mouvement involontaire. Lors d'une tâche posturale impliquant le membre supérieur, certaines études suggèrent que le système nerveux adopte une stratégie de synergie compensatoire afin de stabiliser le membre, i.e., minimiser l'amplitude du tremblement au bout du doigt. Plus précisément, la stratégie de synergie compensatoire serait un ajustement au niveau des articulations métacarpo-phalangienne, du poignet et de l'épaule, lorsque le coude est en extension complète. Selon cette stratégie, l'articulation métacarpo-phalangienne serait « bloquée » afin de réduire le degré de liberté à l'intérieur du membre supérieur. Les articulations du poignet et de l'épaule agiraient de façon complémentaire afin de réduire le mouvement au bout du doigt. Donc, lorsque le membre supérieur est abaissé au niveau de l'épaule (extension), le poignet compenserait (extension) afin de minimiser le mouvement. Par contre, l'effet réel d'une telle stratégie sur l'amplitude du mouvement n'a jamais été mesuré directement, puisqu'elle n'a été observée qu'avec des accéléromètres. La synergie compensatoire serait un mécanisme intrinsèque et involontaire de réduction du tremblement. Par ailleurs, certaines études ont observé qu'il était possible de moduler volontairement l'amplitude du tremblement physiologique du doigt à l'aide d'un feedback approprié. De plus, il a été démontré que la majorité de l'amplitude du tremblement du doigt est principalement situé dans les oscillations de basses fréquences qui ne sont pas reconnus comme étant sous l'influence du système nerveux. Le premier objectif de cette étude est d'identifier si l'amplitude du tremblement physiologique des segments du membre supérieur est située principalement dans les basses fréquences, comme il a été démontré pour le doigt. Le deuxième objectif est d'identifier si la synergie compensatoire est présente lorsque le tremblement est examiné en déplacement. Le dernier objectif est de déterminer s'il est possible de volontairement moduler l'amplitude du tremblement physiologique et d'identifier l'influence de cette tentative de modulation sur la synergie compensatoire. Afin d'atteindre les objectifs, le tremblement postural du membre supérieur de 25 participants âgés entre 18 et 31 ans a été mesuré. Plus précisément, le déplacement du tremblement a été mesuré au niveau du bout de l'index, de l'extrémité distale du 2e métacarpe, du processus styloïde du radius et de l'acromion à l'aide de lasers de haute précision. De plus, l'activité des muscles responsable de la mobilisation du membre supérieur a été mesurée, ainsi que le déplacement de la cage thoracique et de l'abdomen qui est associé à la respiration. Cinq conditions expérimentales ont été réalisées : A) Les participants devaient tenter de maintenir leur membre supérieur stable, vers l'avant (sans feedback). B) Les participants devaient stabiliser le bout de leur doigt afin de le mettre au même niveau qu'une cible stationnaire présentée sur un écran devant eux. C) Les participants devaient réduire volontairement l'amplitude du tremblement de leur membre supérieur en s'aidant d'un feedback représentant l'enveloppe linéaire du tremblement de leur doigt. D) Les participants devaient maintenir leur main et leur doigt stable lorsque l'avant-bras était appuyé. E) Les participants devaient maintenir leur doigt stable lorsque la main était appuyée. Afin de déterminer où se situe la majorité de l'amplitude du tremblement dans le spectre de puissance, nous avons calculé l'amplitude des oscillations situées dans différentes portions du spectre. Les résultats démontrent que la majorité des oscillations du tremblement physiologique se situe dans les basses fréquences pour tous les segments du membre supérieur. Ce qui indique que les oscillations de hautes fréquences, qui sont généralement associées à une origine dans le système nerveux central, n'ont que très peu d'importance dans l'amplitude du tremblement, quelque soit le segment. Ensuite, afin de déterminer si une synergie compensatoire existe, quatre différentes techniques d'analyse ont été utilisées : 1) une analyse de corrélation suggère que l'ensemble des segments du membre supérieur se déplacent dans la même direction la majorité du temps. 2) une analyse de corrélation-croisée démontre qu'aucun délai est introduit dans le lien entre le déplacement des segments. 3) une analyse de la cohérence indique que les oscillations de basses fréquences sont fortement liée et en phase. 4) l'amplitude du tremblement mesuré au bout du doigt n'est pas significativement différent de l'amplitude du tremblement estimé en considérant le membre supérieur comme étant un corps rigide. Ces résultats suggèrent qu'aucun mécanisme intrinsèque n'est présent pour réduire l'amplitude du tremblement physiologique du membre supérieur. De plus, lorsque ces résultats sont mis en contexte avec la littérature, ils proposent que le tremblement physiologique ne soit que du bruit omniprésent dans le système. Finalement, cette étude a permis de démontrer qu'il était possible de réduire l'amplitude du tremblement du membre supérieur et que cette diminution n'était pas due à un changement dans l'organisation du tremblement, ni dans la respiration ou l'activité musculaire. Ces résultats indiquent que malgré le fait qu'aucun mécanisme intrinsèque n'existe afin de moduler l'amplitude du tremblement, il est possible de le faire volontairement. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Tremblement, membre supérieur, modulation, laser, synergie.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les travaux présentés dans ce manuscrit s’inscrivent dans le cadre du développement de la commande robuste de l’équipe CRONE (Commande Robuste d’Ordre Non Entier). Ils portent plus précisement sur le développement d’une méthodologie de synthèse de la commande CRONE pour les systèmes multivariables avec une application au contrôle des moteurs à combustion interne. Après un chapitre d’introduction sur la commande robuste d’ordre non entier dans le but de garantir une robustesse des performances dynamiques par rapport aux variations des paramètres du modèle du système, une reformulation des conditions de stabilité de la méthodologie CRONE des systèmes multivariables (MIMO) carrées existante est proposée. Un ensemble de théorèmes est aussi proposé afin de pouvoir étendre la commande CRONE des systèmes MIMO carrés au cas plus général des systèmes multivariables ayant des retards purs et un comportement oscillatoire avec des pôles et des zéros qui ne sont pas nécessairement situés dans le domaine de stabilité. Le chapitre 3 de ce manuscrit est consacré d’une part à la commande des systèmes MIMO non-carrés (nombre d’entrées différent de celui des sorties), instables et à non-minimum de phase et d’autre part a la simplification des différentes méthodologies de commande proposées dans ce manuscrit. Cette simplification est basée sur une analyse des effets de couplage du système et sur l’hypotheses que dans certain cas des éléments de la matrice de transfert du système peuvent être considérés comme des incertitudes lors de l’optimisation de la boucle ouverte nominale non entiere. Outre un ensemble de cas académique pris dans la littérature, la validation de ces travaux est réalisée à travers la commande du système d'air de deux moteurs à combustion interne : un moteur à essence avec une loi de commande CRONE MIMO carrée ; un moteur diesel avec une loi de commande CRONE MIMO non carrée. Le but fixé par l'industriel à l'origine de ces applications est d’optimiser le compromis performances-pollution-consommation de ces moteurs tout en minimisant les efforts liés à la conception de ces nouvelles lois de commande. / The works presented in this thesis are led within the framework of robust control developments of the CRONE team (Robust Control of fractional order). They are carried more precisely on the development of a synthesis methodology of the CRONE control for multivariable systems with an application of controlling internal combustion engine. After an introductive chapter on the robust control of fractional order with a view to garanty dynamic performance robustness compared with parameter uncertainties of the system model, another stability condition formulation of the CRONE methodology for multivariable square systems is put forward. A set of theorems is also offered in order to extend the square MIMO system CRONE control to the most general case of multivariable systems having delays and oscillatory behaviours with zeros and poles that are not necessarily on the stability domain. Chapter 3 is devoted on one hand to the control of non square (number of entries differents from the output number), instable and non minimal phase MIMO systems and on the other hand on the simplification of different control methodologies detailed in this thesis. This simplification is based on the analysis of system coupling effects and under the assumptions that in some cases, elements of the system transfer matrix can be considered as uncertainties when optimizing the fractional nominal open loop. Beyond a set of academic cases out of the literature, the validation of these works is achieved through the control of the air intake of two internal combustion engines : a gasoline engine with a square CRONE MIMO control ; a diesel engine with a non square CRONE MIMO control. The aim specified by the industrial is to optimize the compromise between performances-pollution-consumption of these engines.