Thesis (doctoral)--Utrecht, 1982.

L'analyse du comportement des petits animaux de laboratoire tels que rats et souris est fondamentale en recherche biologique. L'objectif de cette thèse est de faire des mesures anatomiques sur le squelette de souris à partir de vidéos et de démontrer la robustesse de ces mesures par une validation quantitative. Les principales difficultés viennent du sujet d'étude, la souris, qui, vu comme un objet géométrique, peut subir de grandes déformations très rapidement et des conditions expérimentales qui ne permettent pas d'obtenir des flux vidéos de même qualité que pour l'étude de l'humain. Au vu de ces difficultés, nous nous concentrons tout d'abord dans le Chapitre 2 sur la mise en place d'une méthode de recalage de squelette à l'aide de marqueurs collés sur la peau de l'animal. On montre que les effets de couplage non-rigide entre peau et squelette peuvent être contre-carrés par une pondération de l'influence des différents marqueurs dans la cinématique inverse. Cela nous permet de justifier que, malgré ce couplage non rigide, des informations sur la peau de l'animal sont suffisantes pour recaler de manière précise et robuste les structures squelettiques. Nous développons pour cela une chaîne de traitement de données morphologiques qui nous permet de proposer un modèle générique d'animation du squelette des souris. La méthode de cinématique inverse pondérée est validée grâce à des vidéos radiographiques. Ayant justifié de l'utilisation de points à la surface de la peau (l'enveloppe) pour recaler le squelette, nous proposons dans le Chapitre 3 un nouveau modèle de déformation de l'enveloppe. Ce modèle, appelé OQR (pour Oriented Quads Rigging, gréage de quadrilatères orientés), est une structure géométrique flexible possédant les bonnes propriétés de déformation de l'animation par cage. A l'instar des squelettes d'animation, elle permet d'avoir une paramétrisation haut-niveau de la morphologie et du mouvement. Nous montrons également comment, grâce à cette bonne déformation de l'enveloppe, nous pouvons utiliser les sommets du maillage déformé comme marqueurs pour la méthode de recalage du squelette du Chapitre 2. Dans les chapitres 2 et 3, nous avons construit un modèle de souris qui permet d'animer en même temps l'enveloppe et le squelette. Ce modèle est paramétré par OQR. Nous proposons donc dans le Chapitre 4 une méthode d'extraction de ces paramètres à partir soit d'une séquence de maillage sans cohérence temporelle soir directement à partir d'images segmentées. Pour contraindre le problème, nous faisons l'apprentissage d'un espace réduit de configurations d'OQR vraisemblables. / Analysing the behaviour of small laboratory animals such as rats and mice is paramount in clinical research. We aim at recovering reliable anatomical measures of the skeleton of mice from videos and at demonstrating the robustness of these measures with quantitative validation. The most challenging aspects of this thesis reside in the study subject, mice, that is highly deformable, very fast and in the experimental conditions that do not allow for video data equivalent to what can be obtained with human subjects. In regards to the first challenge, we first focus on a marker-based tracking method with markers glued on the skin of the animal in Chapter 2. We show that the effects of the non-rigid mapping between skin and bones can be pre-empted by a weighting of the influences of the different markers in inverse kinematics. This allows us to demonstrate that, despite the non-rigid mapping, features on the skin of the animal can be used to accurately and robustly track the skeletal structures. We therefore develop a pipeline to process morphological data that leads to a generic animation model for the skeleton of mice. The weighted inverse kinematics method is validated with X-ray videos. Chapter 2 proves that points on the surface of the animal (on the envelope) can be used to track the skeletal structures. As a result, in Chapter 3, we propose a new deformation model of the envelope. This model, called OQR (Oriented Quads Rigging), is a flexible geometrical structure that has the nice deformation properties of cage-based animation. Like animation skeletons, OQR gives a high-level representation of the morphology and of the motion. We also show how, thanks to a well-deformed envelope, we can use a sub-set of the vertices of the deformed mesh as markers to apply the method of tracking of skeletal structures developed in Chapter 2. With Chapters 2 and 3, we have built a model of mice that allows us to animate at the same time the envelope and the skeleton. This model is parameterised by OQR. In Chapter 4, we therefore propose a method to recover the OQR parameters from either a sequence of meshes without temporal coherence or directly from segmented images. To regularise the tracking problem, we learn a manifold of plausible OQR configurations.

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Depuis toujours, la question de la prise en charge la plus adéquate de l’individu en souffrance a préoccupé chercheurs et cliniciens. Comment obtenir un diagnostic fiable ?Peut-on prévenir le décours d’un trouble ?Quel type d’intervention est le plus adapté pour la personne ?Avec l’évolution des techniques d’imagerie, la discipline s’est ajustée au fil du temps, rendant indispensable une collaboration multidisciplinaire, avec un objectif commun :restaurer un bien-être bio-psycho-social pour l’individu.Nous nous intéressons dans ce manuscrit à une des méthodes d’imagerie en particulier, les potentiels évoqués et la composante P300. Reléguée au second plan au profit d’autres techniques comme l’imagerie fonctionnelle par résonance magnétique ou la magnétoencéphalographie, nous soutenons qu’il est pourtant profitable de renouveler et réinstaurer son usage en routine clinique. En rendant visible l’invisible, en permettant de détecter des dysfonctionnements cérébraux avant qu’ils ne se muent en symptômes cliniques, ils nous offrent en effet une information inédite sur le fonctionnement cérébral, que nulle autre méthode ne fournit, à savoir le décours temporel en direct des opérations mentales suite à une tâche cognitive. Notre proposition vise à améliorer l’application courante de ces potentiels évoqués, malgré un rapport négatif à leur encontre de la part du KCE (Centre d’expertise des soins de santé en Belgique). A travers l’exemple de la dépression sous-clinique, nous testons la sensibilité d’un paradigme oddball audio-visuel, permettant de révéler chez ces individus, une atteinte des processus intégratifs, déficit que l’emploi actuel des potentiels évoqués ne permettait pas de mettre en évidence. Nous insistons également sur une approche « multi-composantes », impliquant de relever des indications sur le fonctionnement cérébral à différents moments du continuum du traitement de l’information (e.g. perceptif, attentionnel, décisionnel), afin d’obtenir une impression globale du fonctionnement cognitif de l’individu.Cette démarche soulève, bien entendu, un certain nombre d’implications expérimentales et cliniques. Au niveau expérimental, un travail doit être fait par la communauté scientifique pour standardiser la méthode d’acquisition, et en ce sens, un « guideline » et des données normatives manquent encore à l’heure actuelle. Explorer la pathologie d’un point de vue psychophysiologique pourrait amener à redéfinir des catégories nosographiques transcendant les traditionnels critères de type DSM. Au niveau clinique, puisque les atteintes sous-cliniques deviennent maintenant détectables, les démarches préventives de la pathologie sont questionnées, à travers la possibilité réelle de déterminer des marqueurs physiologiques potentiels de la maladie mentale, avec les conséquences éthiques que cela comporte. Une réflexion sur l’intervention thérapeutique doit également être entreprise, puisqu’en révélant l’origine cognitive des symptômes de l’individu, un réentrainement personnalisé de ces fonctions cognitives déficientes peut constituer la première étape d’une réhabilitation d’un fonctionnement psycho-social adéquat pour l’individu. En travaillant d’abord sur un changement méthodologique, nous soutenons que les potentiels évoqués méritent à nouveau la place qui leur revient dans la « boite à outils » du clinicien. Pour paraphraser le professeur Guérit, il convient de laisser à l’ouvrier, avec son bagage de connaissances et de compétences, la liberté de choisir les outils qu’il considère les plus appropriés dans son intervention auprès de l’individu en souffrance. / Doctorat en Sciences psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Notre objectif a été d'étudier l'apport d'une analyse temps-fréquence par transformée en ondelettes dans l'évaluation stabilométrique de la stabilité posturale de sujets présentant une pathologie neurologique. A partir d'un corpus de données incluant 199 patients présentant une pathologie neurologique et 41 sujets témoins, nous avons étudié la reproductibilité et la validité des paramètres stabilométriques. Nous avons déterminé les valeurs d'erreur de mesure de paramètres issus d'une analyse temps-fréquence, d'une analyse fréquentielle par méthode FFT et d'une analyse linéaire du signal, chez des patients hémiplégiques vasculaires. Pour la moyenne de 3 acquisitions de 30 secondes, nous proposons de privilégier l'utilisation de paramètres issus d'une analyse temps-fréquence qui sont les plus reproductibles. L'évaluation stabilométrique a montré un intérêt au moins équivalent aux critères cliniques dans la prédiction du risque de chute chez le patient hémiplégique vasculaire. Le modèle de prédiction reste cependant insuffisant pour être appliqué de manière isolé en pratique clinique, où une évaluation multi-modale du patient reste nécessaire. Une étude des déterminants neurologiques et biomécaniques de la distribution du contenu fréquentiel a été réalisée avec l'analyse en ondelettes. Nous avons montré qu'en l'absence de tremblement postural caractérisé, la distribution du contenu fréquentiel était essentiellement liée au degré d'instabilité posturale. Nos perspectives sont d'approfondir l'intérêt de l'analyse temps-fréquence par transformée en ondelettes, qui permet d'étudier à la fois la stabilité posturale et les mécanismes de contrôle sous-jacents. / Our objective was to study the interest of time-frequency analysis by wavelet transform in stabilometric assessment of postural sway in neurological patients. From a corpus of data including 199 patients with neurological disease and 41 control subjects, we studied the reliability and validity of stabilometric parameters. We determined the error measurement from a time-frequency analysis, a FFT analysis and a linear analysis of the stabilogram, in stroke patients. For the average of 3 acquisitions of 30 seconds, we propose to use the time-frequency parameters that are most reliable. Stabilometric assessment showed an interest at least equivalent to clinical criteria in predicting the risk of falls in the stroke patient. The prediction model remains insufficient to be applied alone in clinical practice, where a multi-modal patient assessment is still required. A study of the neurological and biomechanical determinants of the distribution of frequency content was carried out with the wavelet analysis. We have shown that in the absence of postural tremor, the distribution of frequency content was mostly related to the degree of postural instability. Our outlook is to deepen the time-frequency analysis by wavelet transform, which allows to study both postural stability and the underlying control mechanisms.

Il existe un réel besoin de développer des matériaux et des technologies avancés pour améliorer l’interface avec le cerveau humain. De tels enregistrements électrophysiologiques sont nécessaires pour des fins diagnostiques ou dans des domaines innovants tels que l’interface homme/machine. Les dispositifs issus de l’électronique organique représentent des alternatives prometteuses grâce à leurs propriétés mécaniques et leur biocompatibilité. L’utilisation de polymères conducteurs ouvre la voie vers une nouvelle interface avec le milieu biologique. Ce travail présente un procédé de fabrication innovant permettant d’intégrer le polymère conducteur PEDOT:PSS sur des électrodes sèches pour une application à l’électroencéphalographie (EEG). L’étape suivante consiste en l’utilisation d’un dispositif actif tel que le transistor organique électrochimique (OECT) afin de profiter de l’amplification locale qu’il permet. Cette dernière est extrêmement importante dans le cas de la neurophysiologie, domaine dans lequel l’amplitude des signaux enregistrés est très basse. En ce sens, l’intégration d’OECTs à des dispositifs d’enregistrement de signaux neuronaux a montré un bien supérieur rapport signal / bruit (SNR) en comparaison à des électrodes conventionnelles. La bioélectronique est un domaine innovant à applications variées. Cette thèse présente la conception et la validation par l’application de dispositifs organiques dans le domaine des neurosciences. D’autres progrès dans les domaines du diagnostic, des biocapteurs, ou de la distribution de médicaments pavent la voie pour de nouvelles applications dans l’agroalimentaire ou encore la qualité de l’eau ou de l’air. / There is a tremendous need for developing advanced materials technologies for interfacing with brain and record neural activity. Such electrophysiological recordings are necessary for diagnostic purposes and brain/machine interfaces. Among the existing technologies, organic electronic devices constitute a promising candidate because of their mechanical flexibility and biocompatibility. The use of conducting polymers, which allow both ionic and electronic transport, allows new modes for interfacing with the biological milieu. This work presents an innovative process to incorporate the conducting polymer poly(3,4-Ethylenedioxythiophene: poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) onto electrodes for applications in electroencephalography (EEG). A step beyond conducting polymer electrodes is provided by the Organic Electrochemical Transistor (OECT). The primary advantage of using active devices is the local amplification they provide. This local amplification becomes extremely important in the case of electrophysiological signals, for which the amplitude is very low. The use of the OECT for various electrophysiological measurements is presented, done for clinical purposes like ECG or EEG, for new marketing studies like EOG, and for more fundamental neurological applications, like the recording in vitro of neuronal unitary activity. Bioelectronics is an inspiring field with broad scope. This thesis deals with applications of organic electronic devices in neuroscience. Other applications in diagnostics, biosensing, or drug delivery will offer huge opportunities for food safety, pollution control or even environmental applications.

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An increase in myofibrillar protein accretion can occur in the very early post-exercise period and can be potentiated by dietary protein intakes. The positive effect of nutrition on net muscle protein balance is credited to essential amino acids (EAAs), and particularly to the branched-chain amino acid leucine. Thus, leucine plays a key role in feeding-induced muscle protein synthesis by its unique ability to activate signalling pathways modulating translational initiation (Dreyer et al. 2008). Furthermore, strength exercise induces important disturbances in protein turnover, especially in novice athletes, and unaccustomed physical exercise, particularly repeated eccentric muscle contractions, induces muscle soreness and alterations in muscle cellular structure. Still, muscle strength gains induced by resistance training are mainly attributed to neural adaptations in the initial part of training, and subsequently to changes in the force capacity of muscle fibres due to hypertrophy (Duchateau et al. 2006; Sale, 1988). Since acute post-exercise muscle protein accretion does not inform on chronic muscle adaptations, the main purpose of this work is to test the effectiveness of an EAA supplementation on muscle hypertrophy and strength gains in response to resistance training, and on repair-oriented remodelling of disrupted muscle fibres in the early recovery period of an unaccustomed exercise. The first investigations aim at evaluating the effects of an EAA supplementation on muscle mass, architecture, and strength in the early stages of a heavy-load training programme, and at establishing if the enrichment of the supplement with leucine induces greater improvements in these muscle functional adaptations. In a second part, central and peripheral adaptations are examined following training to compare whether EAA supplementation modifies the relative contribution of neural and muscular factors to the increase in muscle torque, and promotes adaptations in muscle mechanical and contractile properties. The purpose of the third investigation is to study the potential effects of an EAA supplementation on the reduction in the efflux of indirect markers of muscle damage and the delayed onset muscle soreness in the week following a heavy-load eccentric training session.In the first and in the second investigation, young males trained for 12 weeks. They were divided into a placebo (PLA) group (n = 14), an EAA group (n = 15) and a leucine (LEU) group (n = 14). At baseline, daily food intakes and nitrogenous balance were assessed with a food questionnaire over 7 days and two 24h urine collections. The effect of training on muscle mass was assessed by anthropometric techniques. Muscle thickness and pennation angle were recorded by ultrasonography of the medial gastrocnemius (MG). Maximal strength during squat and bench press exercises was tested on an isokinetic ergometer. The torque produced by the plantar flexors and the surface electromyogram (EMG) from the soleus (Sol) and MG were recorded during maximal voluntary isometric contractions (MVC). Central activation was tested by the superimposed electrical stimulation method during MVC and by computing the ratio between voluntary average EMG and compound muscle action potential (M wave) induced by electrical stimulation (average EMG/M-wave). Contractile properties of the plantar flexor muscles were investigated by recording the mechanical responses to single and paired maximal stimuli. In the third investigation, young males performed a bench press exercise in eccentric condition. They were subdivided into a PLA group (n=11) and an EAA group (n=12). The effect of the training session was assessed by analysing two indirect markers of muscle damage, namely creatine kinase (CK) and myoglobin (Mb). Plasma concentrations were measured before, immediately after, and on post-workout days 1, 2, 3, 4 and 7. Muscle soreness was evaluated by a visual analogic scale (VAS) at the same time points as the markers of muscle damage.Resistance training resulted in significant increases in muscle mass and strength in all PLA, EAA and LEU groups with no statistical differences between groups. A positive linear regression was found between nitrogen balance and the increase in muscle mass in the PLA group only. When strength was normalised to skeletal muscle mass, negative linear regressions were observed between the normalised initial strength and the increase in muscle strength in both EAA and LEU groups. EAA and LEU ingestion induced changes in MG muscle architecture in response to training. After training, plantar flexor torque recorded during MVC was increased in PLA, EAA and LEU groups. Central activation level was enhanced with no effect of EAA supplementation. Twitch torque evoked by single and paired supramaximal stimuli, maximal rate of torque development to single stimulus and rate of torque relaxation to single and paired stimulus were significantly improved in the LEU group in response to training. The eccentric training session induced a significant increase in muscle soreness in both PLA and EAA groups. Plasma CK release increased significantly at D+3 and D+4 and Mb efflux rose at D+3 in PLA group only. No statistical differences were observed between groups for the two indirect markers of muscle damage. Gaussian distribution was found to be the best fit model for plasma Mb and CK concentration curves. F-test showed that individual curves were statistically distinguishable when comparing the best-fit values of the three parameters (area, SD and mean) between PLA and EAA group data sets (P < 0.01).In summary, the data indicates that EAA supplementation results in similar muscle mass and strength adaptations in response to resistance training with no additional effect by the enrichment of the supplement with LEU. However, the nutritional interventions appear to be more effective in subject having a lower initial nitrogen balance and/or a lower initial strength, potentially by promoting changes in muscle architecture. EAA ingestion does not potentiate neural adaptations, but leucine-enriched EAA supplementation may induce earlier peripheral adaptations, resulting in enhanced torque production and transmission. Finally, EAA supplementation could have minor effects on the overall plasmatic release of indirect markers of muscle damage during the recovery period without any impact on delayed onset muscle soreness. / Doctorat en Sciences de la motricité / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Tout comme l’entraînement, la recherche en science du sport est un facteur déterminant de la performance sportive. À travers l’étude d’une activité physique intermittente, le badminton, le prisme des concepts biomécaniques, physiologiques et physiques convergent vers une approche pluridisciplinaire des déterminants de la performance sportive. Ainsi, l’objectif de l’ensemble de ce travail doctoral est, à la fois, la prédiction de la performance en badminton et la compréhension des mécanismes de production d’une vitesse de volant proche des 500 km/h. Les réponses physiologiques et neuromusculaires ont permis la mise en place d’un test discriminant spécifique, prédictif du niveau d’expertise, et proche des situations écologiques d’un match. Paradoxalement, les causes des mécanismes neurophysiologiques liés à la fatigue induite lors d’un match prolongé restent toutefois inconnues. Il apparaît primordial d’approfondir les dits mécanismes vraisemblablement à l’origine de la diminution de la performance sportive. Les évolutions des observables de match, de la force maximale et de la puissance des membres supérieurs et inférieurs convergent vers une diminution progressive au cours de la pratique. Corollairement, la compréhension des mécanismes d’optimisation de la vitesse du volant a permis de mettre en exergue des principes biomécaniques et physiques déterminant lors de la prédiction d’une grande vitesse de volant lors d’une performance maximale. En effet, les principes d’adjonction des segments et d’étirement-renvoi influencent largement la vitesse de la main. En complément, le principe de bras de levier et l’effet élastique de la raquette permettent également d’accroître la vitesse de la raquette. Enfin, la conservation de la quantité de mouvement et le coefficient de restitution contribuent finalement à la vitesse du volant. / Just like training, sport science research is a key factor in sports performance. Through the study of intermittent physical activity, in this case badminton, biomechanical, physiological and physical concepts emerge and offer a multidisciplinary approach of the determinants of sport performance. Thus, the goal of this doctoral work is both the study of badminton in the performance prediction and the understanding of the mechanisms in the production of wheel velocity close to 500 km/h. The physiological and neuromuscular responses enabled the establishment of a specific discriminatory test, predicting the level of expertise, and close to the ecological conditions of a match. Paradoxically, the causes of neurophysiological mechanisms associated with the fatigue induced by a prolonged game remain unknown. It appears heuristic to further study those mechanisms which are at the origin of a decrease in athletic performance. The evolution of observable match variables, the maximum strength and the power of the upper and lower limbs converge towards a gradual decrease in the practice. As a corollary, the understanding of the optimisation of the speed of the flywheel mechanisms helped to highlight the biomechanical and physical principles, essential in predicting a large wheel speed during a maximum performance. Indeed, the principles of adding segments and stretching shortening cycle largely influence the speed of the hand. In addition, the principle of the lever arm and the elastic effect of the racket also increase the speed of the racket. Finally, the conservation of the momentum and the restitution coefficient ultimately contribute to the speed of the shuttlecock.