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Les chutes sont aujourd’hui considérées comme un problème majeur de santé public de par leur nombre, coûts et conséquences importantes, qui ne cesse de croître dû au vieillissement de la population. Prévenir les chutes est donc devenu indispensable. Deux études expérimentales précédentes ont démontré que la méthode du seuil de perturbation permet de comparer les résultats de différentes perturbations posturales ou de leurs combinaisons. Pour poursuivre ce travail, nous avons déterminé l’angle d’inclinaison initial maximal vers l’avant pour trois vitesses de translation de surface (nulle, lente, rapide) et la vitesse de translation de surface maximale vers l’arrière desquels 10 jeunes adultes, 8 adultes mi-âgés et 8 adultes âgés en santé pouvaient être relâchés et/ou tirés et tout de même rétablir leur équilibre en un seul pas. Les résultats ont montré que l’angle d’inclinaison et la vitesse de translation maximum diminuaient avec l’âge. L’angle d’inclinaison maximal diminuait aussi avec la vitesse de translation de surface. Aux angles d’inclinaison ou vitesses de translation maximum, alors que les variables d’initiation, d’exécution et de géométrie de la réponse étaient presque toutes affectées par l’âge, seules les variables de géométrie de la réponse étaient affectées par la perturbation posturale. Malgré tout, les seuils de perturbations formé par ces quatre perturbations posturales diminuaient avec l’âge; séparaient efficacement les chutes (70-80%) des rétablissements (67-74%); et étaient similaires à ceux obtenus précédemment en utilisant des relâchement d’une inclinaison (avec et sans tirages à la taille), tirages à la taille (en marchant) et translations de surface chez des adultes jeunes et âgées. Une étude théorique récente a montré qu’un modèle de pendule inverse à barre mince sur surface glissante peut prédire avec précision l’issue (chute ou rétablissement) de relâchements d’une inclinaison et translations de surface chez de jeunes adultes. Nous l’avons donc utilisé pour simuler la position et la vitesse angulaire de l’initiation de la perturbation jusqu’à l’initiation de la réponse pour les essais maximum des trois études expérimentales précédentes de : 1) relâchements d’une inclinaison (avec ou sans tirages à la taille) et tirages à la taille en marchant chez des adultes jeunes et âgés, et 2) relâchements d’une inclinaison (avec ou sans translations de surface) et translations de surface chez des adultes jeunes, mi-âgés et âgés. Les résultats ont montré que la majorité des erreurs moyennes quadratiques et des erreurs au temps de réaction entre les positions et vitesses angulaires expérimentales et théoriques étaient inférieures à 4% et 5% respectivement. Seules les erreurs de vitesses angulaires pour les relâchements d’une inclinaison avec tirages à la taille (<13%) et translations de surface (<8%), étaient plus grandes. Mieux encore, les positions et vitesses angulaires théoriques à la fin du temps de réaction pour ces essais maximum ont formé des seuils de perturbation très similaires à ceux obtenus dans les trois études expérimentales précédentes. La méthode du seuil de perturbation a maintenant été établie expérimentalement et théoriquement pour trois des cinq différents types de perturbations posturales, ainsi que pour deux combinaisons, fournissant donc des preuves additionnelles que le choix de la perturbation posturale n’affecte pas la limite du rétablissement de l’équilibre.

La grande variété de perturbations posturales utilisées dans les études expérimentales rend les comparaisons entre les études et les généralisations sur les capacités à rétablir l'équilibre difficile. En effet, seulement trois études ont tenté de comparer expérimentalement les résultats de différentes perturbations posturales et semblent démontrer que les relâchements d’inclinaison, tirages à la taille et translations de surface sont suffisamment similaires qu’elles peuvent être comparées. De plus, les expériences sur le rétablissement de l’équilibre prennent du temps, sont coûteuses et potentiellement dangereuses, et peuvent être très exigeantes et fatigantes pour les personnes âgées frêles. Il serait donc utile d’utiliser un modèle plutôt qu’une expérience pour prédire théoriquement si une perturbation posturale donnée entraînera une chute inévitable ou si un rétablissement de l'équilibre sera possible pour un participant donné. Ceci semblait possible considérant que des modèles de pendules inversés ont été utilisés avec succès pour modéliser des inclinaisons, tirages, translations et trébuchements. Pour poursuivre les travaux sur la méthode adimensionnelle de ligne de perturbation limite, nous avons déterminé l'angle maximum d’inclinaison initiale vers l’avant et la vitesse maximum de translation de surface vers l’arrière desquels 12 jeunes adultes pouvaient être soudainement relâchés ou tirés, respectivement, et tout de même rétablir leur équilibre en utilisant un seul pas. Aux angles d’inclinaison ou vitesses de translations maximum, les deux perturbations posturales n’avaient pas d’effet significatif sur l'initiation de la réponse, mais affectaient la plupart des variables d’exécution et de géométrie de la réponse. Néanmoins, les positions et vitesses angulaires à la fin du temps de réaction pour ces essais à la limite du rétablissement de l'équilibre formaient une ligne de perturbation limite qui était très similaire à celle obtenue précédemment. De plus, la ligne de perturbation limite était très efficace pour séparer les chutes (97%) des rétablissements (96%), quelle que soit la perturbation posturale. Nous avons ensuite utilisé un modèle en deux dimensions de pendule inversé à barre mince monté sur une palette glissante bougeant horizontalement pour simuler la position et la vitesse angulaire de jeunes adultes durant le temps de réaction pour les inclinaisons et translations de l’étude expérimentale ci-dessus. La majorité des erreurs moyennes quadratiques et erreurs au temps de réaction entre les positions et vitesses angulaires expérimentales et théoriques étaient respectivement de moins de 2% et 4%. Plus important encore, les positions et vitesses angulaires théoriques à la fin du temps de réaction pour les essais aux angles d’inclinaison et vitesses de translation maximum formaient une ligne de perturbation limite séparant les chutes des rétablissements qui était très similaire à celle obtenue dans l’étude expérimentale. La méthode adimensionnelle de ligne de perturbation limite a donc maintenant été établie expérimentalement pour les relâchements d’inclinaison, relâchements d’inclinaison avec tirages à la taille, tirages à la taille en marchant et translations de surface, fournissant ainsi des preuves additionnelles que le choix de la perturbation posturale n’affecte pas la limite du rétablissement de l'équilibre. Ceci devrait donc aider les chercheurs à faire des conclusions plus rapides et plus générales sur les capacités à rétablir l’équilibre.

Le risque de chute est une problématique bien présente chez les personnes âgées ou ayant une atteinte neurologique et reflète un déficit des mécanismes neuronaux assurant l’équilibre. De précédentes études démontrent que l’intégration des informations sensorielles est essentielle au contrôle de l’équilibre et que l’inhibition présynaptique (IP) serait un mécanisme important dans le contrôle de la transmission sensorielle. Ainsi, le but de cette étude était d’identifier la contribution du mécanisme d’IP à l’induction de réponses posturales efficaces suite à une perturbation d’équilibre. Notre hypothèse est qu’une diminution d’IP contribuerait à l’induction des ces réponses, en augmentant l’influence de la rétroaction sensorielle sur les réseaux de neurones spinaux. Afin de démontrer cette hypothèse, nous avons d’abord évalué l’excitabilité spinale pendant les perturbations vers l’avant ou vers l’arrière, à l’aide du réflexe H. L’excitabilité spinale était modulée selon la direction de la perturbation et cette modulation survenait dès 75 ou 100 ms (p<0.05), soit avant l’induction des réactions posturales. Puis, à l’aide de techniques plus précises de convergence spinale, nous avons démontré que l’IP était diminuée dès 75 et 100 ms dans les deux directions, suggérant que la transmission des informations sensorielles vers la moelle épinière est accrue juste avant le déclenchement de la réponse posturale. Cette étude met en évidence un mécanisme-clé permettant d’augmenter la rétroaction des informations sensorielles nécessaires à l’induction de réponses posturales appropriées. L’évaluation de ce mécanisme pourrait mener à une meilleure identification des individus à risque de chute. / Falls are a significant problem among the elderly or persons with a neurological impairment, and reflect a deficit in the nervous mechanisms underlying postural control. Previous research shows that the integration of sensory feedback is a crucial component of postural control and that presynaptic inhibition (PSI) plays an important role in controlling the sensory processing of information. The aim of this study was to identify the contribution of PSI to the induction of effective postural responses following an unexpected balance perturbation. We hypothesized that a decrease in PSI would contribute to the induction of these responses by increasing the influence of sensory feedback onto spinal networks during the perturbation. First we assessed the level of spinal excitability during perturbations, using the soleus H-reflex. Results show that spinal excitability is modulated according to the direction of the perturbation (forward and backward tilts) and that this modulation occurs 75 and 100 ms after tilt-onset in all subjects (p<0.05). To further estimate changes in PSI, spatial facilitation techniques were used. PSI was shown to decrease in both perturbation directions shortly after tilt onset at 75 and 100 ms (p<0.05), suggesting an increase in sensory transmission in the spinal cord. These observations suggest that sensory feedback is critical for the induction of effective postural responses and that impaired sensory transmission or integration, due to CNS lesions or ageing, may lead to certain balance deficits. Identifying patients with such impairments may improve fall risk-assessment and prevention.

La proprioception cervicale joue un rôle important dans le contrôle postural, mais la nature exacte de sa contribution est controversée. Dans certains cas de « coup du lapin », une atteinte posturale a été démontrée, sans que l'atteinte du rachis cervical puisse être tenue pour seule responsable. Malgré la forte prévalence des pathologies cervicales dégénératives, leurs conséquences posturales ont été peu étudiées dans la littérature scientifique. Il n'existe aucune publication centrée sur les deux types de pathologie responsables de névralgies cervicobrachiales : les hernies discales cervicales et l'arthrose cervicale. Cette étude a eu pour but d'évaluer le contrôle postural de deux groupes de patients présentant une pathologie cervicale dégénérative avec et sans stimulation optocinétique avant et après traitement chirurgical. Dix-sept patients présentant une radiculalgie ont été inclus dans cette étude et répartis en deux groupes selon l'origine arthrosique ou discale de la compression neurologique. Tous les patients ainsi que 31 témoins ont été soumis à un examen de posturographie statique comprenant 12 enregistrements : les quatre premiers enregistrements ont été réalisés la tête dans l'axe (à 0°) : yeux fermés, yeux ouverts sans stimulation optocinétique, yeux ouverts avec stimulation optocinétique dans le sens horaire, puis antihoraire. Ces quatre situations sensorielles ont été répétées tête tournée 30° à gauche, puis 30° à droite. Les patients ont à nouveau été soumis à ces 12 enregistrements six semaines après l'intervention. Aucun patient ne s'est plaint de sensations vertigineuses que ce soit en pré ou en postopératoire. Avant intervention, les yeux fermés, le groupe hernie discale était plus stable que le groupe arthrose. Après intervention, la contribution visuelle au contrôle postural avait diminué dans les deux groupes dans un environnement visuel dynamique, alors que dans un environnement visuel stable, elle n'avait diminué que dans le groupe arthrose. L'importance relative des informations visuelles et proprioceptives pour le contrôle postural varie selon le type de pathologie et la chirurgie tend à réduire la contribution visuelle surtout pour les patients présentant une arthrose cervicale / Cervical proprioception plays a key role in postural control, but its specific contribution is controversial. Postural impairment was shown in whiplash injuries without demonstrating the sole involvement of the cervical spine. The consequences of degenerative cervical spine diseases are underreported in posture-related scientific literature in spite of their high prevalence. No report has focused on the two different mechanisms underlying cervicobrachial pain: herniated discs and spondylosis. This study aimed to evaluate postural control of two groups of patients with degenerative cervical spine diseases with or without optokinetic stimulation before and after surgical treatment. Seventeen patients with radiculopathy were recruited and divided into two groups according to the spondylotic or discal origin of the nerve compression. All patients and a control population of 31 healthy individuals underwent a static posturographic test with 12 recordings; the first four recordings with the head in 0° position: eyes closed, eyes open without optokinetic stimulation, with clockwise and counter clockwise optokinetic stimulations. These four sensorial situations were repeated with the head rotated 30° to the left and to the right. Patients repeated these 12 recordings 6 weeks postoperatively. None of the patients reported vertigo or balance disorders before or after surgery. Prior to surgery, in the eyes closed condition, the herniated disc group was more stable than the spondylosis group. After surgery, the contribution of visual input to postural control in a dynamic visual environment was reduced in both cervical spine diseases whereas in a stable visual environment visual contribution was reduced only in the spondylosis group. The relative importance of visual and proprioceptive inputs to postural control varies according to the type of pathology and surgery tends to reduce visual contribution mostly in the spondylosis group

Ce travail de thèse vise à évaluer le rôle des afférences cutanées plantaires dans le contrôle postural et oculomoteur en manipulant l’extéroception plantaire à l’aide de stimulations mécaniques plantaires fines. La 1ère étude a montré que des éléments médio-plantaires fins externes (EME) et surtout internes (EMI) améliorent la stabilité orthostatique et postériorisent le CPP de sujets jeunes et sains lors de mouvements des yeux. Ils ont aussi une action spécifique sur la vergence (pas sur les saccades) : les EMI augmentent l’amplitude phasique de divergence et diminuent la partie tonique, autrement dit agissent surtout sur la composante pré-programmée du mouvement ; alors que les EME agissent sur la convergence en augmentant son amplitude tonique, composante contrôlée sous influence de la rétroaction visuelle. Les inserts influent de manière directe sur le contrôle postural et oculomoteur par des voies spécifiques et indépendantes. La 2ème étude explique la variabilité des réponses des sujets de la 1ère. Nous avons mesuré leur degré d’utilisation des afférences extéroceptives plantaires par la méthode du Quotient Plantaire (QP = Surface CPP mousse / Surface CPP sol dur X 100). Un QP<100 suggère une Inefficience des Afférences Plantaires (IAP) : les sujets IAP ne présentent plus d’amélioration de leur stabilité ni aucune modification de la vergence avec les inserts plantaires. Nous proposons que cette situation soit non physiologique et relève d’un dysfonctionnement non douloureux latent des récepteurs plantaires, opposant les sujets IAP aux sujets ayant un QP normal. La 3ème étude a investigué les rapports entre l’utilisation des afférences plantaires et visuelles chez de jeunes adultes sains avec la méthode du QP et du Quotient du Romberg (QR). Elle mis en évidence l’existence d’une utilisation synergique des afférences visuelles et plantaires en vision de près, uniquement chez les sujets au QP normal. Les sujets IAP ont un QR plus bas que les sujets au QP normal, en vision de près et sur sol dur uniquement. Sur mousse, leur QR des sujets IAP augmente ; les yeux fermés, leur QP augmente, ce qui objective une asynergie visuo-podale. La 4ème étude, sur la même population, a montré qu’un EME bilatéral augmente l’esophorie, uniquement de loin et chez les sujets IAP. La 5ème étude a révélé l’influence de l’extéroception plantaire sur la perception de la Verticale Visuelle Subjective (VVS) sur la même population. Elle a montré une diminution de l’erreur vers la gauche de près chez les sujets au QP normal avec un EME droit, ainsi qu’une diminution de l’erreur absolue de loin chez les sujets IAP avec un EMI bilatéral. L’ensemble de ces travaux consolide au plan théorique l’importance des afférences plantaires aussi bien pour le contrôle orthostatique, le contrôle de la vergence, la perception de la VVS et l’alignement des yeux (phories). Ils démontrent que l’utilisation de ces afférences est variable selon les sujets et ont des implications cliniques pluridisciplinaires. / This thesis aims at assessing the role of plantar cutaneous afferents in postural and oculomotor control by manipulating plantar exteroception with thin mechanical plantar stimulations. The 1st study showed that lateral, and even more medial mid-foot plantar inserts (LAS / MAS) improve stability in quiet stance and induce a backward shift of the CoP of young healthy subjects during eye movements. They also have a specific action upon vergence (not saccades): MAS increase the phasic amplitude of divergence and decrease its tonic part, in other words they mainly act on the pre-programmed component of the movement; whereas LAS act upon convergence, increasing its tonic amplitude, which is under the influence of visual retroaction. The inserts have a direct influence upon postural and oculomotor control through specific and independent paths. The 2nd study explained the variability of the subjects’ answers of the former. We measured their degree of reliance upon plantar cutaneous afferents with the Plantar Quotient method (PQ = Surface CoP foam / Surface CoP firm gorund X 100). A PQ<100 suggest a Plantar Extercoeptive Inefficency (PEI): PEI subjects do not show any improvement of their stability or any modification of vergence with the inserts. We propose that this situation is non-physiological and results from a non-noxious latent dysfunction of the sole receptors, opposing the PEI subjects to those who have a normal PQ. The 3rd study investigated the relationship between the use of plantar and visual afferents in young healthy subjects with the method of the PQ and Romberg Quotient (RQ). It has evidenced the existence of a synergic use of visual and plantar afferents in close-distance vision, only among normal PQ subjects. The PEI subjects have a significantly lower RQ than the others only at close distance on firm ground. On foam, their RQ increases; eyes closed, their PQ increases, which objectifies a visual-podal asynergy. The 4th study, on the same population, showed that a bilateral LAS increase esophoria only at far distance and among the PEI subjects. The 5th study revealed the influence of plantar exteroception upon the perception of verticality on the same population. It has brought out a decrease of the leftward error at near distance among the normal PQ subjects with a right LAS, and a decrease of the absolute error at far distance among the PEI subjects with a bilateral MAS. Taken together, these studies support, from a theoretical point of view, the importance of plantar afferents for postural control as well as vergence control, SVV estimation and eyes alignment (phorias). They demonstrate that the use of these afferents depends on the subjects and have multidisciplinary clinical implications.