L’évaluation des capacités motrices est une activité essentielle de l’analyse de mouvement. Cette activité permet de quantifier la performance d’un patient et ainsi d’être capable de suivre et de contrôler son évolution pour assurer un traitement adapté. Les kinésithérapeutes ont donc besoin d’outils précis leurs permettant de mesurer cette performance. Pour cela, ils ont développé leurs propres outils basés sur l’observation et des exercices normés. Pourtant, cette activité pourrait être supportée et augmentée par l’utilisation de technologies avancées. Il existe une catégorie d’outils technologiques permettant le suivi et la capture de ces mouvements. Leur utilisation dans des systèmes d’aide à l’évaluation pourrait affiner l’évaluation des thérapeutes et également augmenter sa reproductibilité. Pour assurer l’utilisation dans la durée de ce type d’outils, il est nécessaire de répondre à la question suivante : « quels sont les enjeux et les critères de développement spécifiques aux systèmes d’évaluation des capacités motrices ? ». Dans ce travail de thèse, cette question a été restructurée suivant 3 axes : « comment mesurer les capacités motrices ? », « comment analyser et communiquer le résultat ? » et enfin « comment intégrer ce système dans la pratique médicale ? ». Pour chacun de ces axes, les critères clés de développement ont été investigués et des contributions sont présentées. Afin d’illustrer ces critères, une étude de cas a été menée : l’instrumentation, à l’aide de nouvelles technologies de capture de mouvements, d’un protocole de mesure de capacités motrices (aussi appelé MFM ou Mesure de la Fonction Motrice). / The motor capacities (motor skills)’ evaluation is an essential activity for movement analysis. This activity aims is to quantify the human’s motor performance to be able to follow-up and control the evolution of the patient’s pathology thus allowing an adapted treatment. The physiotherapists need accurate tools able to measure this performance. They developed their own tools based on observations and normalized exercises. This activity can be supported and enhanced by the technological advances. A category of motion tracking tools exists to track and record those movements. Their use in motor evaluation system could refine the therapist’s evaluations and increase their reproducibility. To insure the correct development and use of such tools it is necessary to answer the following question: “what are the development stakes and criteria related to a system for measure and evaluation of motor capacities?” This thesis work refined this question into the 3 following research axis: “how to measure motor capacities?”, “how to analyze and communicate the result?”, “how to integrate this system in the medical practice?” For each of those axis the key criteria for development were investigated and contributions are presented. To illustrate those criteria a case study was conducted: the instrumentation, with new motion capture technologies, of an assessment protocol for motor capacities also called MFM (The Motor Function Measure).

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La directionnalité est une composante perceptivo-motrice et culturellement déterminée qui intervient de façon prééminente dans l’acquisition initiale de l’écriture. Cette thèse visait à apporter des données empiriques et des éclairages théoriques nouveaux sur 1) son évolution au cours du développement et, 2) sa contribution à la production et à la reconnaissance des formes de lettres. Ces deux axes de recherche ont été déclinés en cinq études. Une première étude investiguait le poids de l’influence culturelle sur la directionnalité graphique au long du développement. Elle permettait de comparer les performances de tracé chez des enfants âgés de 5 à 9 ans dans des conditions où des contraintes biomécaniques, syntaxiques et sémantiques variaient. Les résultats faisaient apparaître un renforcement de l’influence culturelle sur la directionnalité graphique à partir de 6 ans. Cependant, les enfants les plus âgés (9 ans) se montraient capables d’adopter des procédures plus flexibles et de se désengager de contraintes culturelles afin de satisfaire des contraintes contextuelles. La deuxième étude examinait l’évolution développementale de la directionnalité de l’écrit chez des enfants âgés de 4 à 11 ans en comparant la production de formes communes à l’écriture et au dessin. Les résultats obtenus mettaient en évidence une acquisition synchrone des invariants universels (i.e., l’écriture est uni-directionnelle) et des spécificités culturelles du système d’écriture (i.e., la langue est transcrite de gauche à droite). Dans le deuxième axe de recherche, deux études avaient pour objectif de mettre à l’épreuve des faits des hypothèses explicatives récentes de l’écriture en miroir dans l’acquisition initiale et typique de l’écrit. La comparaison de productions en temps réel et appariées d’écritures en miroir et d’écritures conventionnelles chez des enfants pré-lettrés révélait une implication majeure de la directionnalité de l’écrit et une invariance cinématique. Enfin, la dernière étude a permis de mettre en évidence, à l’aide d’un paradigme d’entrainement, une contribution de la directionnalité de l’écriture au rappel de l’orientation de lettres a été mise en évidence chez des enfants pré-lettrés. Les résultats obtenus sont discutés dans une approche incarnée de la cognition et des pistes pédagogiques sont amorcées. / Directionality is a crucial perceptual-motor and culturally-based component of early writing acquisition. This research was aimed at providing empirical data and new theoretical insights on 1) its developmental evolution and, 2) its contribution to the production and the recognition of the shapes of letters. Five studies have been devised to fulfill the research objectives.The first study was aimed at investigating how print experience, as a cultural factor, influences directional tendencies in children’s drawing in the interplay with biomechanical, syntactic and semantic factors. Results showed a reinforcement of cultural influence on directional tendencies from 6 years onward. Older children were better able to disengage from a prevalent embodied behavior to meet contextual constraints. The second study examined the specific developmental evolution of writing directionality in children aged from 4 to 11 years while producing the same shapes in both writing and drawing tasks. The results suggested that universal and culture-specific features of writing appear concomitantly and early on in children’s productions. Another two studies were aimed to empirically test competing accounts of mirror writing in preliterate children. On-line productions of paired conventional and mirror writings revealed a predominant role of writing directionality and a kinematic invariance. Finally, a training study showed a contribution of writing directionality to the subsequent recall of the shapes of letters. Results are discussed in terms of embodiment and perspectives in educational settings.

La naissance prématurée se caractérise par des expériences multisensorielles et sensorimotrices atypiques lors d’une période du développement très sensible à ces dernières (Koenig-Zores & Kuhn, 2016). Les recherches ont mis en évidence un impact significatif de la prématurité sur le développement des enfants (Marret et al., 2015) induisant notamment des troubles perceptivo-moteurs avec ou sans troubles neurologiques associés (De Rose et al., 2013). Cependant, si beaucoup d’études portent sur la motricité des nouveau-nés et nourrissons nés prématurés, peu de données existent sur le développement perceptivo-moteur des enfants nés prématurés sans diagnostic de trouble neurodéveloppemental. La question principale abordée dans cette thèse est de savoir si la prématurité n’induit pas des signatures motrices spécifiques, même en absence de ces troubles. Dans l’objectif de répondre à cette question, différents tests standardisés, et trois tâches expérimentales impliquant la perception des équivalences intermodalitaires, la coordination visuomotrice et le contrôle postural, ont été proposés à 48 enfants nés à terme et 32 enfants nés grands prématurés sans diagnostic de trouble neurodéveloppemental et tous âgés de 8 ans. Les résultats ont mis en évidence dans les deux groupes des habiletés comparables de perception des équivalences intermodalitaires dans les modalités haptique et visuelle. Cependant, ils ont aussi révélé une efficience moindre de la coordination visuomotrice et du contrôle postural chez les enfants nés prématurés en comparaison des enfants nés à terme. Ces différences suggèrent des processus perceptivo-moteurs différents chez les enfants nés grands prématurés sans diagnostic de trouble neurodéveloppemental âgés de 8 ans. Ces résultats offrent ainsi de nouvelles perspectives cliniques, notamment d’évaluation plus fine des habiletés perceptivo-motrices, ainsi que de nouveaux questionnements de recherche sur les trajectoires développementales de ces mêmes habiletés et des réseaux neuronaux sous-jacents chez les enfants nés prématurés. / Preterm birth is associated with atypical multisensory and sensorimotor experiences during a period of development sensitive to these experiences (Koenig-Zores & Kuhn, 2016). The studies showed a significant impact of prematurity on children development (Marret et al., 2015), such as perceptual-motor disorders, with or without associated neurological disorders (De Rose et al., 2013). However, even though there are many studies on motor abilities of preterm newborns and preterm infants, little data exists on perceptual-motor development of preterm children without neurodevelopmental disorders. The main question addressed in this thesis is to know whether prematurity does induce specific motor signatures, even in the absence of neurodevelopmental disorders. To answer this question, different standardized tests and three research tasks involving perception of intersensory equivalences, visuomotor coordination, and postural control, have been proposed to 48 full-term children and 32 very preterm children without any diagnosis of neurodevelopmental disorders, all aged 8 years old. The results revealed comparable perception abilities of intersensory equivalences in haptic and visual modalities in the preterm and the full-term groups. However, they also showed a lower efficiency of visuomotor coordination and postural control in the preterm children compared to the full-term children. These observations suggest different perceptual-motor processes in very preterm children without diagnosis of neurodevelopmental disorders at the age of 8. The results offer new clinical opportunities for a more precise evaluation of perceptual-motor abilities, and new research questions about developmental trajectories of perceptual-motor abilities and underlying neuronal networks, in preterm children.

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Contexte et objectif:C’est presque une banalité que de dire qu’une des caractéristiques principales de la parole est sa variabilité : variabilité inter-sexe, inter-locuteur, mais aussi variabilité d’un contexte à un autre ou d’une répétition à une autre pour un même sujet. C’est cette variabilité qui fait à la fois la beauté de la parole mais aussi la complexité de son traitement par les technologies vocales, et la difficulté pour en comprendre les mécanismes. Dans cette thèse nous étudions certains aspects de cette variabilité, avec comme point de départ la variabilité observée chez un locuteur dans la répétition d’un même son dans les mêmes conditions, que nous appelons variabilité intrinsèque.Les modèles de contrôle moteur de la parole abordent principalement la variabilité contextuelle de la parole mais prennent rarement en compte sa variabilité intrinsèque, alors même que l’on sait que c’est cette variabilité qui donne à la parole tout son caractère naturel. Dans le contexte général du contrôle moteur, l’origine précise de la variabilité intrinsèque reste peu comprise et controversée. Cependant, une hypothèse courante est que la variabilité intrinsèque serait essentiellement due à du bruit neuronal dans la chaine d’exécution.L’objectif principal de cette thèse est d’aborder la variabilité intrinsèque et contextuelle de la production de la parole dans un cadre formel intégrateur. Pour cela nous faisons l’hypothèse que la variabilité intrinsèque n’est pas que le résultat d’un bruit d’exécution, mais qu’elle résulte aussi d’une stratégie de contrôle où la variabilité inter-répétition fait partie intégrante de la représentation de la tâche.Méthodologie:Nous formalisons cette idée dans un cadre computationnel probabiliste, la modélisation Bayésienne, où l’abondance de réalisations possibles d’un même item de parole est représentée naturellement sous la forme d’incertitudes, et où la variabilité est donc manipulée formellement. Nous illustrons la pertinence de cette approche à travers trois contributions.Résultats:Dans un premier temps, nous reformulons un modèle existant de contrôle optimal de la parole, le modèle GEPPETO, dans le formalisme probabiliste et démontrons que le modèle Bayésien contient GEPPETO comme un cas particulier. En particulier, nous illustrons comment l’approche Bayésienne permet de rendre compte de la variabilité intrinsèque tout en incluant les mêmes principes d’émergence et de structuration de la variabilité contextuelle proposés par GEPPETO.Dans un deuxième temps, le formalisme nous permet de dépasser le cadre de GEPPETO en y intégrant une composante somatosensorielle dans la représentation des buts. Cela permet d’introduire une variabilité interindividuelle sur la préférence sensorielle, c’est-à-dire la modulation des poids relatifs des cibles auditives et somatosensorielles, et permet d’expliquer la variabilité de compensation observée dans les études de perturbation sensorielle. Cette étape a nécessité l’élaboration d’hypothèses sur l’intégration des retours sensoriels dans la planification, dont nous avons cherché à évaluer la pertinence en concevant une expérience originale de production-perception de parole.Dans un troisième temps, nous exploitons le formalisme pour réinterpréter des données expérimentales récentes qui mettent en évidence un changement perceptif consécutif à un apprentissage moteur induit par une altération du retour auditif. Cela est rendu possible grâce à la représentation unifiée des connaissances dans le modèle, qui permet d’intégrer la production et la perception dans un cadre formel unique.L’ensemble de ces travaux illustre la capacité du formalisme Bayésien à proposer une démarche systématique et structurée pour la construction des modèles. Cette démarche facilite le développement des modèles et leur complexification progressive en précisant et explicitant les hypothèses formulées. / Context and goal:It is almost a truism to affirm that one of the main features of speech is its variability: variability inter-gender, inter-speaker, but also variability from one context to another, or from one repetition to another for a given subject. Variability underlies at the same time the beauty of speech, the complexity of its treatment by speech technologies, and the difficulty for understanding its mechanism. In this thesis we study certain aspects of speech variability, our starting point being the variability characterizing the repetitions of a given utterance by a given subject, in a given condition, which we call intrinsic variability.Models of speech motor control have mainly focused on the contextual aspects of speech variability, and have rarely considered its intrinsic component, even though it is this fundamental component of variability that gives speech it naturalness. In the general context of motor control, the precise origin of the intrinsic variability of our movements remains controversial and poorly understood, however, a common assumption is that intrinsic variability would mainly originate from neural and muscular noise in the execution chain.The main goal of this thesis is to address the contextual and intrinsic component of speech variability in an integrative computational framework . To this aim, we postulate that the main component of the intrinsic variability of speech is not just execution noise, but that it results from a control strategy where intrinsic variability characterizes the abundance of possible productions of the intended speech item.Methodology:We formalize this idea in a probabilistic computational framework, Bayesian modeling, where the abundance of possible realizations of a given speech item is naturally represented as uncertainty, and where variability is thus formally manipulated. We illustrate the pertinence of this approach with three main contributions.Results:Firstly, we reformulate in Bayesian terms an existing model of speech motor control, the GEPPETO model, and demonstrate that this Bayesian reformulation, which we call B-GEPPETO, contains GEPPETO as a particular case . In particular, we illustrate how the Bayesian approach enables to account for the intrinsic component of speech variability while including the same principles proposed by GEPPETO for the emergence and structuration of its contextual component.Secondly, the Bayesian framework enable us to go beyond and extend B-GEPPETO in order to include a multisensory characterization of speech motor goals, with auditory and somatosensory components. We apply this extension to explore variability in the context of compensations to sensory-motor perturbation in speech production. We account for differences in compensation as sensory preferences implemented by modulating the relative contribution of each sensory modality in the model . The somatosensory characterization of speech motor goals involved a certain number of hypotheses that we intended to evaluate with two experimental studies.Finally, in our third contribution we exploit the formalism for the reinterpretation of recent experimental observations concerning perceptual changes following speech motor adaptation to auditory perturbations. This original analysis is made possible thanks to the unified representation of knowledge in the model, which enables to account for production and perception processes in a single computational framework.Taken together, these contributions illustrate how the Bayesian framework offers a structured and systematic approach for the construction of models in cognitive sciences . The framework facilitates the development of models and their progressive complexification by specifying and clarifying underlying assumptions.

Les études des effets de l’activité physique sur la cognition humaine et animale ne permettent pas de clarifier si ces effets sont spécifiques au type d’exercice pratiqué et si les gains cognitifs pour un cerveau en développement sont globaux ou exclusifs à certaines fonctions cognitives. Considérant le circuit nerveux entre le cervelet et le cortex préfrontal dorsolatéral, nous croyons qu’un entraînement neuromoteur stimulant les fonctions motrices du cervelet améliorera les fonctions exécutives associées au cortex préfrontal. Comme l’entraînement aérobie a affecté positivement différentes fonctions cognitives dans des études précédentes, nous croyons que ce type d’exercice améliorera les fonctions exécutives et la mémoire à long-terme. Trois classes de sixième année (âge moyen = 11,4 ans) ont été aléatoirement assignées aux groupes neuromoteur (n=22), aérobie (n=19) et contrôle (n=15). Nous nous sommes assurés que l’entraînement neuromoteur ne stimulait aucunement la capacité aérobie et que l’entraînement aérobie n’améliorait aucune habileté motrice. Les entraînements pour les deux groupes expérimentaux consistaient en 30 minutes d’activités par jour d’école pendant les heures de classe, pour 10 semaines ; le groupe contrôle suivait le programme scolaire régulier. Des tests moteurs et cognitifs ont été administrés avant et après l’intervention. Une série d’ANOVAs a révélé que l’entraînement neuromoteur avait amélioré la fluence verbale avec un effet marginal sur la génération de verbe, deux fonctions exécutives associées au circuit fronto-cérébelleux, et que l’entraînement aérobie avait mené à une amélioration distincte de la fluence verbale. Ainsi, nos résultats démontrent que les améliorations des fonctions exécutives sont spécifiques à chaque entraînement pratiqué. / Studies investigating effects of exercise on cognition in animals and human do not permit to clarify if these effects are specific to the type of exercise and if the cognitive gains for a developing brain are global or exclusive to certain cognitive functions. Considering the neuronal circuit between the cerebellum and the dorsolateral prefrontal cortex, we hypothesized that neuromotor training will improve executive functions associated with prefrontal cortex. Since aerobic training positively affected different cognitive functions in previous studies, we hypothesize that this type of exercise will improve executive functions and long-term memory. Three sixth grade classes (mean age = 11.4 years) were randomly assigned to neuromotor (n=20), aerobic (n=19), and control (n=15) conditions. We ensured that the motor training did not stimulate aerobic capacity and that the aerobic intervention was devoid of a motor training component. The exercise sessions for the two training groups consisted in 30 minutes per school day, took place during class time, and lasted for 10 weeks; the control group followed the regular school program. Motor and cognitive tests were administered before and after the intervention. A series of ANOVA’s revealed that neuromotor training enhanced verbal fluency with a marginal effect on verb generation, executive functions related to the fronto-cerebellar circuit, and that aerobic training led to a marginal improvement for verbal fluency. Therefore, our results showed differential improvements in executive functions induced by both neuromotor and aerobic training.

Le déclin des performances motrices du sujet âgé est associé à un risque accru de morbimortalitéet représente une problématique majeure pour nos sociétés vieillissantes. Son origine est le plus souvent multifactorielle et nous nous sommes plus particulièrement intéressés au rôle des facteurs de risque vasculaire à partir des données longitudinales et transversales de la cohorte dijonnaise de l’étude des 3 Cités. Les performances motrices ont été évaluées à travers la mesure de la vitesse de marche sur 6 mètres chez des sujets âgés de 65 à 85 ans à l'inclusiondans l'étude.Nous avons ainsi observé que l’hypertension artérielle à l’inclusion dans l’étude était associée à une vitesse de marche plus lente et à un déclin de la vitesse de marche plus important au cours du suivi. Parmi les participants ayant eu une IRM cérébrale à l’inclusion, nous avons observé une relation entre la vitesse de marche et les volumes sous-corticaux de substance grise cérébrale, en particulier le volume du noyau caudé. Une vitesse de marche plus lente à l'inclusion était associée à un risque accru de mortalité toutes causes 5 ans plus tard, avec une association plus forte pour la mortalité cardiovasculaire.Ces résultats sont en faveur d’une contribution cérébrovasculaire au déclin des fonctions motrices du sujet âgé, et participent à une meilleure compréhension de ce processus. / Motor decline in the elderly is associated with an increased risk of morbidity and mortality, and represents a major issue for our ageing societies. Its etiology is usually multifactorial, and, in this work, we specifically addressed the contribution of vascular risk factors, based on crosssectional and longitudinal data from the Dijon center of the Three-City study. Motor function was assessed through measures of walking speed over 6 meters in participants aged 65 to 85 years old.We observed that baseline hypertension was associated with lower walking speed at baseline and greater motor decline over follow-up. Among participants with a baseline brain MRI, we observed a relationship between walking speed and the volume of brain subcortical gray matter structures, particularly the volume of the caudate nucleus. Slower walking speed at baseline was associated with an increased risk of all-cause death over 5 years of follow-up; this association was stronger for cardiovascular deaths.These results support the hypothesis of a contribution of vascular risk factors to motor decline in the elderly and contribute to improve our understanding of this process.

La tesi s'estructura en dos grans apartats: per un costat, el Marc Teòric en el que realitzem els estudis que ens permeten delimitar la problemàtica de les persones amb disminució psíquica i fonamentar teòricament els criteris orientadors d'estratègies dirigides a potenciar la seva transició a l'edat adulta i vida activa. A partir de l'anàlisi realitzada al Marc Teòric de la tesi s'elabora una proposta d'intervenció consistent en el disseny d'un programa destinat a potenciar les habilitats perceptivo-motrius. / The thesis is structured in two big sections: the first is the Theoretical Frame, where we obtain information that allow us to delimit the problems that are carried out of the mentally handicapped people and to found out the guiding criteria of strategies directed to promote their transition to the adult age and active life.From the analysis carried out in the Theoretical Frame, we have elaborated a proposal of intervention consisting in the design of a program destined to promote the perceptive-motor abilities.

Les études des effets de l’activité physique sur la cognition humaine et animale ne permettent pas de clarifier si ces effets sont spécifiques au type d’exercice pratiqué et si les gains cognitifs pour un cerveau en développement sont globaux ou exclusifs à certaines fonctions cognitives. Considérant le circuit nerveux entre le cervelet et le cortex préfrontal dorsolatéral, nous croyons qu’un entraînement neuromoteur stimulant les fonctions motrices du cervelet améliorera les fonctions exécutives associées au cortex préfrontal. Comme l’entraînement aérobie a affecté positivement différentes fonctions cognitives dans des études précédentes, nous croyons que ce type d’exercice améliorera les fonctions exécutives et la mémoire à long-terme. Trois classes de sixième année (âge moyen = 11,4 ans) ont été aléatoirement assignées aux groupes neuromoteur (n=22), aérobie (n=19) et contrôle (n=15). Nous nous sommes assurés que l’entraînement neuromoteur ne stimulait aucunement la capacité aérobie et que l’entraînement aérobie n’améliorait aucune habileté motrice. Les entraînements pour les deux groupes expérimentaux consistaient en 30 minutes d’activités par jour d’école pendant les heures de classe, pour 10 semaines ; le groupe contrôle suivait le programme scolaire régulier. Des tests moteurs et cognitifs ont été administrés avant et après l’intervention. Une série d’ANOVAs a révélé que l’entraînement neuromoteur avait amélioré la fluence verbale avec un effet marginal sur la génération de verbe, deux fonctions exécutives associées au circuit fronto-cérébelleux, et que l’entraînement aérobie avait mené à une amélioration distincte de la fluence verbale. Ainsi, nos résultats démontrent que les améliorations des fonctions exécutives sont spécifiques à chaque entraînement pratiqué. / Studies investigating effects of exercise on cognition in animals and human do not permit to clarify if these effects are specific to the type of exercise and if the cognitive gains for a developing brain are global or exclusive to certain cognitive functions. Considering the neuronal circuit between the cerebellum and the dorsolateral prefrontal cortex, we hypothesized that neuromotor training will improve executive functions associated with prefrontal cortex. Since aerobic training positively affected different cognitive functions in previous studies, we hypothesize that this type of exercise will improve executive functions and long-term memory. Three sixth grade classes (mean age = 11.4 years) were randomly assigned to neuromotor (n=20), aerobic (n=19), and control (n=15) conditions. We ensured that the motor training did not stimulate aerobic capacity and that the aerobic intervention was devoid of a motor training component. The exercise sessions for the two training groups consisted in 30 minutes per school day, took place during class time, and lasted for 10 weeks; the control group followed the regular school program. Motor and cognitive tests were administered before and after the intervention. A series of ANOVA’s revealed that neuromotor training enhanced verbal fluency with a marginal effect on verb generation, executive functions related to the fronto-cerebellar circuit, and that aerobic training led to a marginal improvement for verbal fluency. Therefore, our results showed differential improvements in executive functions induced by both neuromotor and aerobic training.