L’objectif de cette thèse est de comprendre le comportement cinématique d’interception latérale manuelle et locomotrice. Dans l’introduction nous montrons que l’étude du mouvement d’interception peut être engagée avec les concepts de la perception directe et du couplage perception-action. De nombreux travaux ont montré qu’une stratégie prospective serait mise en oeuvre pour intercepter un mobile mais un débat existe quant à la double question (i) quelle information est utilisée pour réguler le mouvement ? (ii) comment est utilisée cette information ? Pour répondre nous avons utilisé la réalité virtuelle. Dans le premier chapitre expérimental nous montrons que les variables environnementales qui ont émergées de la littérature ne peuvent expliquer seules les régulations du mouvement d’interception. Dans le deuxième chapitre expérimental nous proposons qu’une variable d’ordre intermédiaire plutôt qu’entier pourrait guider le mouvement. Enfin dans le troisième chapitre expérimental nous apportons des éléments de preuve en faveur du concept d’information d’ordre fractionnaire qui augmenterait au cours de l’action. Nous développons dans ces deux dernières études deux modèles dynamiques qui nous permettent de simuler de façon satisfaisante le comportement cinématique d’interception latérale pour une situation donnée. Plus généralement, nous suggérons, quant à l’ensemble des modèles dynamiques formalisant les interactions perception-action, que cette proposition conceptuelle pourrait permettre de plus larges avancées encore si l’on considérait l’éventuelle sensibilité des différents organismes vivants aux informations d’ordre intermédiaire plutôt que nécessairement entier. / The goal of the present thesis was to understand the operative perception-action relations underlying the kinematic patterns of movement observed in manual and locomotor lateral interception. The introduction sets the stage for this endeavor, calling upon the theoretical concepts of direct perception and information-movement coupling, understood as a particular form of the online control of movement. Whereas a large body of work has demonstrated that interception is based on a prospective control strategy, debate persists as to the double question of (i) what information is that used to regulate the movement and (ii) how this information is used in the regulation of movement. To address these questions our general methodology was based on interception tasks presented in virtual reality settings. In the first experimental chapter we demonstrate that neither of the two variables proposed in the literature could by themselves explain the kinematic patterns observed. Integrating an modeling approach based on attractor dynamics, the second experimental chapter provides first evidence for reliance on a variable of intermediate rather than integer order. In the third experimental chapter we take our modeling approach one step further and demonstrate that reliance on information of a trajectory-dependent fractional order allows capturing the qualitative and quantitative aspects of the interception behavior observed. In the final chapter we discuss the suggested potential of opening up the information space to non-integer orders for the understanding of perception-action relations.

Les actions que les individus réalisent dans leur vie quotidienne sont soumises à un ensemble de contraintes physiques et sociales qui donnent un cadre à leur réalisation. Le but de cette thèse était d'apporter des arguments empiriques en faveur d'une approche intégrative selon laquelle ces contraintes influencent la perception visuelle de l'espace. Nous avons pour cela réalisé deux études comportementales sur l'influence des contraintes physiques sur la perception des distances (Articles 1 et 2) et une étude sur la perception d'une de ces contraintes (Article 3). Nous avons également réalisé trois études comportementales sur l'influence des contraintes sociales sur la perception de l'espace et des possibilités d'action (Articles 4, 5 et 7) ainsi qu'une simulation en robotique pour étudier davantage une de ces contraintes (Article 6). À première vue, nos résultats semblent indiquer que les contraintes des actions influencent la perception de l'espace. Cependant, des limites méthodologiques nous incitent à nuancer cette interprétation dans la mesure où certains de nos résultats pourraient refléter des biais de demande expérimentale plutôt que des effets perceptifs. / Actions that people can perform in their everyday life are subject to a lot of constraints which limit their ability to perform these actions. The main purpose of these doctoral researches was to provide empirical evidences for an integrative approach according to which these constraints influence the visual perception of space. We conducted two behavioral experiments to investigate the influence of physical constraints on distance perception (Papers 1 and 2) and one experiment to investigate the perception of one of these constraints (Paper 3). We also conducted three other behavioral experiments to investigate the potential influence of social constraints on the perception of space and affordances (Papers 4, 5, and 7) and one robotic simulation to gain more insight into one of these constraints (Paper 6). Our results seem to provide some supports to the hypothesis that action constraints influence the visual perception of space. However, some methodological flaws prevent us to draw firm conclusions about this general hypothesis given that some of our results might be better explained in terms of experimental demand biases rather than in terms of perceptual effects.

Notre motricité s’adapte plus ou moins facilement aux changements liés, à l’environnement et à l’évolution de nos capacités au cours de nos expériences, de nos apprentissages et de l’avancée dans l’âge. Nous nous efforçons alors de trouver des solutions optimales, pour être plus performants, plus efficaces. Le couplage perception-action est à la base de l’organisation du contrôle moteur. L’Homme perçoit à travers plusieurs systèmes sensoriels des informations intrinsèques, en provenance de l’état du corps lui-même, et des informations extrinsèques, issues de l’environnement. Ces informations sont mises au service du mouvement et des actions de la vie quotidienne à travers les processus cognitivo-moteurs : de prédiction, d’estimation et de planification motrice. Interroger ces mécanismes chez des personnes âgées fragilisées par l’apparition de troubles cognitifs légers en lien avec la maladie d’Alzheimer, permet de mieux comprendre leur capacité d’adaptation et de compensation face à ce vieillissement. Il s’agit par ailleurs de maintenir et de renforcer ces capacités par l’enrichissement réfléchi de l’environnement de stimulation de la personne âgée. Ces interventions préventives représentent un intérêt majeur pour la préservation de l’indépendance fonctionnelle des personnes âgées vulnérables. Ces travaux de thèse proposent le développement d’outils permettant la stimulation et le renforcement des processus cognitivo-moteurs. Il s’agit d’engager le couplage perception-action à travers des exercices moteurs implicites favorisant l’acquisition de nouveaux apprentissages et le renforcement des processus d’adaptation et de compensation au cours de l’évolution de la maladie. / To write, take, walk, talk is a part of our daily. Our motor ability is used to change depending on our environment and our skill, acquired thanks to our experience, learnings, and according to our age. We strive to find optimal solutions, to be more performants, more efficient. But we must be able to discern to act well and act to better discern. This « perception-action » coupling is the basis of the organization of motor control. Human can discern through several sensory systems (Visual, auditory, proprioceptive) intrinsic informations, coming from his own body, and extrinsic informations, from his environment. All of these informations are in the service of the movement and actions of daily life through the cognitivo-motor processes: of prediction, estimation and motor planning. To question these processes in aged people, weakened by mild cognitive impairment related to Alzheimer's disease, first allow to better understand their adaptation and compensatory capacities faced to this pathological aging. These preventive interventions represent a source of major interest, especially in the preservation of functional independence of vulnerable old people.These works of thesis propose development of tools for stimulating and strengthening cognitive-motor processes. It is clearly about engaging the perception-action coupling through implicit motor exercises benefiting the acquisition of new training and strengthen the process of adaptation and compensation during the progression of Alzheimer’s disease. So many of these processes stimulation exercises will be presented to better know the components relates to the action.

L’objectif de ce travail est de caractériser la dynamique des coordinations de nageurs experts en fonction de la manipulation de contraintes de tâche (vitesse de nage) et d’environnement (écoulement). Les coordinations intra- et inter-membre (bras vs. bras et bras vs. jambes) sont déterminées à l’aide de centrales inertielles positionnées sur des nageurs experts, réalisant deux tâches de scanning dans une piscine et un bassin à contre-courant. Nous caractérisons l’effet de l’environnement en comparant la coordination intra-bras à la même vitesse de nage dans les deux bassins, puis la dynamique de cette même coordination et de la coordination bras vs. bras lors d’une tâche impliquant huit vitesses. Finalement, la dynamique des coordinations bras vs. jambes est analysée, tout comme l’asymétrie droite/gauche.Nos résultats montrent que le flume canalise l’émergence de comportements fonctionnels, en particulier en faisant décroître la durée de la phase de glisse du fait de l’écoulement dynamique de la masse d’eau. L’augmentation de la vitesse de nage montre de plus larges implications des jambes dans la propulsion. La nage dans le flume conduit à une force de couplage plus faible entre les bras et les jambes et de plus larges asymétries droite/gauche. Les nageurs experts sont donc capables d’adapter leurs coordinations intra- et inter-segmentaires et peuvent transiter entre différents patrons en fonction des contraintes auxquelles ils font face. Ainsi, des périodes de stabilité sont couplées avec des périodes de flexibilité comportementales, exemplifiant leur habileté pour réaliser le but de la tâche en interagissant fonctionnellement avec l’environnement aquatique. / The aim of this thesis is to investigate the coordination dynamics of expert swimmers as a function of both task (swimming speed) and environmental (fluid flow) constraints manipulation. The intra - and inter-segmental coordination (arms vs. arms and arms vs. legs) are assessed by inertial measurement units positioned on expert swimmers swimming two separated scanning tasks in a flume and in a pool. We investigate the effect of aquatic flow by comparing the upper limb coordination when the swimmers swim at a similar speed in pool and flume, then, the upper limb coordination dynamics during a scanning procedure where speed is increased through eight steps. Finally, the arms vs. legs coordination dynamics and the right/left asymmetry were analyzed.Our findings demonstrate that flume is channeling the emergence of functional expert swimmers’ movement patterns, in particular the decrease of glide phase duration related to the moving body of water. The increase of speed reveals larger implications of the lower limbs in the propulsion. Flume swimming leads to lower coupling strength between oscillators and higher asymmetries in the flume. Our findings thus demonstrated that experts are able to adapt their coordination patterns at different levels (intra-segmental of the upper limbs / inter-limb i.e., arms vs. legs) and by transiting between different patterns according to the constraints encountered. Thus swimmers exhibit both periods of behavioral stability and periods of adaptive flexibility, showing their ability to achieve the task-goal by functional interaction with the aquatic environment.

Orientador: Eliane Mauerberg de Castro / Banca: José Angelo Barela / Banca: Renato de Moraes / Banca: Edison de Jesus Manoel / Banca: Marli Nabeiro / Resumo: Gestos perseverativos são respostas inapropriadas para uma demanda da tarefa e eles são comuns em algumas idades. Diariamente, adultos repetem inconscientemente muitos gestos simples que são automáticos nas suas rotinas. Quando o ambiente é alterado, a sinergia do movimento não é necessariamente ajustada. Isto tem sido associado à disfunção neurológica. Por outro lado, perseveração motora tem sido recentemente usada para interpretar a canônica tarefa Piagetiana A-não-B. Na tarefa Anão- B, bebês são "incentivados" a alcançar e pegar um de dois objetos (localização chamada "A") algumas vezes, com poucos segundos de demora entre dar a dica (chacoalhar o objeto e motivar a criança a pegá-lo) e dar o estímulo para a criança. Depois de um número de tentativas em "A", o experimentador dá a dica no alvo B. Tipicamente, por volta dos 10 meses de idade, bebês com desenvolvimento normal, mesmo olhando esse jogo de esconder e procurar, voltam a alcançar na tampa A depois do experimentador ter dado a dica na tampa B. A proposta deste estudo foi determinar se crianças com e sem retardo mental perseveram ou não na tarefa modificada Piagetiana de alcançe A-não-B, também, identificar o relacionamento entre o olhar e o alcançar durante sua performance, bem como o padrão do alcançar. Nós utilizamos a tarefa modificada da caixa de areia em que um objeto é escondido em uma localização A ou B. Vinte bebês com desenvolvimento normal (GC) (média de idade de 27,3 l 3.82 meses) e vinte crianças com atraso no desenvolvimento (GD) (média de idade de 55,62 l 9.24 meses) foram autorizados por seus pais para participarem do estudo. Enquanto realizaram a tarefa A-não-B na caixa de areia, todos os participantes foram filmados por 3 cameras. Os resultados revelaram que o GD perseverou mais do que o GC ao longo de todas as tentativas... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Perseverative gestures are inappropriate responses to a task demand and they are common at any age. Daily, adults repeat unconsciously many simple gestures that are automatic in their routines. When the environment is slightly altered, the movement synergy is not necessarily adjusted. This has been associated to neurological dysfunction. On the other hand, motor perseveration has recently been used to interpret the canonical A not B Piagetian task. In the A not B task, infants are "enticed" to reach for and grasp at one of two objects (location called "A") a few times each, with few seconds delay between cuing (shaking the object and enticing the child to grab it) and giving the stimulus to the child. After a number of trials in A, the experiment cues the B target. Typically, around the age of 9 months, normally-developing infants, even though they watch this "hide and seek" game, return to reach for the "A" lid after being cued to reach for the "B" lid. The purpose of this study was to determine whether or not children with and without mental retardation (MR) perseverate in a modified Piagetian "A not B" reaching task, and also to identify the looking and reaching relationship during their performance as well as the reaching pattern. We modified the traditional Piagetian "A not B" task by placing one of two identical targets (lids) inside a sand box. Twenty normally developing infants (ND) (mean age of 27,3 l 3.82 months), and twenty children with mental retardation (MR) (mean age of 55.62 l 9.24 months) were authorized by their parents to take part in this study. While performing the "A not B" sand box task, all participants were videotaped with three cameras. A section experiment shows results confirming that the MR group perseverated throughout all trials. The MR group decoupled looking at the targets from the reaching gesture, while ND group kept lookingreaching coupled ... (Complete abstract click eletronic access below) / Doutor

acase@tulane.edu

Comment notre système moteur peut-il influencer notre perception ? Quels sont les mécanismes qui permettent de réaliser un même mouvement avec différents effecteurs ? Afin d'apporter des éléments de réponse à ces deux questions issues des sciences cognitives, nous avons étudié un système sensori-moteur: celui mis en oeuvre pour les tâches de lecture et écriture de lettres cursives isolées. Notre contribution est un modèle formel de cette boucle sensori-motrice, qui tient compte des observations et théories issues de la littérature. L'hypothèse centrale est qu'il existe un codage interne des lettres commun à la perception et à l'action, et, de plus, indépendant de l'effecteur. Ce codage, pivot entre la perception et l'action, consiste en des séquences de points de contrôle, géométriquement remarquables, identifiables à partir de la trace des lettres, et permettant de récupérer une partie de l'information cinématique. Le formalisme utilisé est celui de la programmation bayésienne. La définition d'un programme bayésien se fait par l'écriture d'une distribution de probabilité conjointe. Connaissant cette probabilité conjointe, le modèle est capable de résoudre plusieurs tâches cognitives. Chacune de ces tâches correspond à une question probabiliste qui est résolue automatiquement par inférence bayésienne : la lecture, la lecture en simulant le geste d'écriture, la copie de traces, la reconnaissance du scripteur, l'écriture avec différents effecteurs. Nous avons simulé informatiquement chacune de ces inférences et comparé leurs résultats aux observations issues des expériences de psychophysique. Le modèle permet d'effectuer des prédictions et ainsi de suggérer de nouveaux protocoles expérimentaux.

Ce travail est issu de plusieurs constats. Premièrement, il est admis aujourd'hui que la capacité à percevoir et à retirer les informations visuelles les plus pertinentes d'une action adverse est un facteur déterminant de la performance sportive et ce d'autant plus si l'action est incertaine et faussée. Le second constat, découlant du premier, est que la tromperie est mise en jeu dans bon nombre d'interactions humaines, mais qu'elle est particulièrement déterminante et prépondérante dans lecadre des stratégies sportives. Enfin, le dernier constat est que l'exploration de la performance sportive, pour des raisons méthodologiques ou théoriques, ne permet pas dans certains cas d'expliquer pourquoi un expert est meilleur qu'un novice.L'objectif de notre travail est de comprendre ces déterminants (perceptivo-moteurs) de l'expertise lors d'un duel 1 vs. 1 en rugby présentant une tentative de feinte de l'attaquant. Nous résumons ce travail en trois questions concrètes auxquelles nous répondons: Comment réaliser une feinte de corps en rugby? Comment la détecter? Comment y faire face? La première étude s'attache à analyser les différences biomécaniques observables entre un mouvement de simple changement de direction et un mouvement de feinte de corps en rugby. La seconde étude, en immersion virtuelle, met en lien les informations prospectives émanant des mouvements de feinte et la prise de décision du défenseur de rugby (expert ou novice). Enfin, en se basant sur une méthodologie quasi similaire, la troisième étude vient immerger les participants dans une situation complète de défense, nous permettant d'explorer leur stratégie perceptivo-motrice. L'ensemble de ce processus nous permet de témoigner de l'effet de l'expertise mais surtout d'expliquer pourquoi l'expert est meilleur en dressant les différences de stratégie perceptivo-motrice le caractérisant. Si les implications concernent majoritairement le domaine du rugby (connaissances fondamentales et entrainement), elles présentent au sens plus large, un éclairage justifié et démontré des processus mis en jeu lors de toute interaction, humaine ou animal, sollicitant la tromperie. Nous en sommes persuadés; un prédateur animal, un joueur de poker, un défenseur de basket... se doivent deprésenter des stratégies quasi-similaires pour détecter l'intention de bluff chez l'opposant

Ce travail est issu de plusieurs constats. Premièrement, il est admis aujourd'hui que la capacité à percevoir et à retirer les informations visuelles les plus pertinentes d'une action adverse est un facteur déterminant de la performance sportive et ce d'autant plus si l'action est incertaine et faussée. Le second constat, découlant du premier, est que la tromperie est mise en jeu dans bon nombre d'interactions humaines, mais qu'elle est particulièrement déterminante et prépondérante dans lecadre des stratégies sportives. Enfin, le dernier constat est que l'exploration de la performance sportive, pour des raisons méthodologiques ou théoriques, ne permet pas dans certains cas d'expliquer pourquoi un expert est meilleur qu'un novice.L'objectif de notre travail est de comprendre ces déterminants (perceptivo-moteurs) de l'expertise lors d'un duel 1 vs. 1 en rugby présentant une tentative de feinte de l'attaquant. Nous résumons ce travail en trois questions concrètes auxquelles nous répondons: Comment réaliser une feinte de corps en rugby? Comment la détecter? Comment y faire face? La première étude s'attache à analyser les différences biomécaniques observables entre un mouvement de simple changement de direction et un mouvement de feinte de corps en rugby. La seconde étude, en immersion virtuelle, met en lien les informations prospectives émanant des mouvements de feinte et la prise de décision du défenseur de rugby (expert ou novice). Enfin, en se basant sur une méthodologie quasi similaire, la troisième étude vient immerger les participants dans une situation complète de défense, nous permettant d'explorer leur stratégie perceptivo-motrice. L'ensemble de ce processus nous permet de témoigner de l'effet de l'expertise mais surtout d'expliquer pourquoi l'expert est meilleur en dressant les différences de stratégie perceptivo-motrice le caractérisant. Si les implications concernent majoritairement le domaine du rugby (connaissances fondamentales et entrainement), elles présentent au sens plus large, un éclairage justifié et démontré des processus mis en jeu lors de toute interaction, humaine ou animal, sollicitant la tromperie. Nous en sommes persuadés; un prédateur animal, un joueur de poker, un défenseur de basket... se doivent deprésenter des stratégies quasi-similaires pour détecter l'intention de bluff chez l'opposant.

La théorie dominante suggérant une séparation entre une vision consciente pour la perception et une vision non consciente pour l'action au sein du système visuel fut particulièrement discutée au cours des dernières décennies. La thèse défendue ici se positionne dans le cadre d'une approche alternative reposant sur une évaluation conjointe des réponses motrice et perceptive en présence de stimuli au seuil perceptif. Les travaux réalisés dans ce contexte ont initialement porté sur les temps de réaction et ont contribué au développement d'un modèle psychophysique postulant que les réponses perceptives et motrices dépendraient d'un signal sensoriel unique mais de seuils de décision spécifiques. Les trois études réalisées au cours de cette thèse ont permis de tester ces propositions à partir de travaux portant sur le contrôle moteur manuel. Tout en confirmant une forte association entre les traitements visuels pour la perception et pour l'action, ces travaux ont permis de mettre en évidence un rôle important des conditions expérimentales (par exemple le contraste des stimuli et la présence ou non d'un masque visuel) dans les résultats obtenus. Les résultats se sont révélés compatibles avec les modèles neurophysiologiques du masquage visuel qui postulent que la réponse neurale à une stimulation visuelle est constituée d'une vague d'activation feedforward associée à la présence physique de la stimulation et de boucles de rétroaction liées à la perception consciente de celle-ci. Nos travaux ont également permis d'adapter au contrôle moteur manuel le modèle de décision à signal unique initialement développé dans le cadre des études portant sur les temps de réaction.