La rééducation fonctionnelle classique comprend des séances thérapeutiques, des exercices à domicile et des mouvements avec ou sans l'aide de thérapeutes. Cette approche classique souffre de nombreuses limitations, en raison de l’incapacité de l’expert à suivre les séances à domicile du patient et du manque de motivation du patient pour répéter les exercices sans retour. Les jeux sérieux ont été présentés comme une solution à ces problèmes. Premièrement, des exergames ont été développés à l’aide d’une méthodologie de codesign, où patients, experts et développeurs ont pris part aux procédures de conception. Le capteur Kinect a été utilisé pour capturer la cinématique en temps réel au cours de l’exercice. Ensuite, une fusion de données a été étudier entre le capteur Kinect et les unités de mesure inertielles, afin d’augmenter la précision de l’estimation de l’angle des articulations, à l’aide d’une approche système de systèmes. Le système a été évalué par des patients avec différentes pathologies au cours de multiples campagnes d'évaluation. Les résultats obtenus montrent que les jeux sérieux peuvent être une solution pour des pathologies spécifiques. En outre, les experts ont été convaincus de la pertinence clinique de ce dispositif et ont estimé que les données proposées étaient suffisantes pour évaluer la situation du patient. La mise en place de tels systèmes maximiserait l’efficacité du programme de réadaptation. D'autre part, ce système permettrait également de réduire les limitations actuellement présentes dans les programmes de rééducation classiques, permettant aux patients de visualiser leurs mouvements et aux experts de suivre l'exécution de l'exercice à domicile. / Conventional musculoskeletal rehabilitation consists of therapeutic sessions, home exercise assignment, and movement execution with or without the assistance of therapists. This classical approach suffers from many limitations, due to the expert’s inability to follow the patient’s home sessions, and the patient’s lack of motivation to repeat the same exercises without feedback. Serious games have been presented as a possible solution for these problems. This thesis was carried out in the eBioMed experimental platform of the Université de technologie de Compiège, and in the framework of the Labex MS2T. The aim of this thesis is to develop a real-time, serious gaming system for home-based musculoskeletal rehabilitation. First, exergames were developed, using a codesign methodology, where the patients, experts and developers took part in the design and implementation procedures. The Kinect sensor was used to capture real-time kinematics during each exercise. Next, data fusion was implemented between the Kinect sensor and inertial measurement units, to increase the accuracy of joint angle estimation, using a system of systems approach. In addition, graphical user interfaces were developed, for experts and patients, to suit the needs of different end-users, based on the results of an end-user acceptability study. The system was evaluated by patients with different pathologies through multiple evaluation campaigns. Obtained results showed that serious games can be a good solution for specific types of pathologies. Moreover, experts were convinced of the clinical relevance of this device, and found that the estimated data was more than enough to assess the patient’s situation during their home-based exercise sessions. Finally, during these three years, we have set the base for a home-based rehabilitation system that can be deployed at home or in a clinical environment. The implementation of such systems would maximize the efficiency of rehabilitation program, while saving the patient’s and expert’s time and money. On the other hand, this system would also reduce the limitation that are currently present in classical rehabilitation programs, allowing the patients to visualize their movements, and the experts to follow the home exercise execution.

Depuis quelques années, de nouveaux systèmes de rééducation à la marche de type orthèse tels que le Lokomat® (Hocoma AG, Volketswil, Suisse) apparaissent dans les laboratoires de recherche clinique. Ces outils sont proposés, via des programmes de réentraînement à l’effort, pour la rééducation des patients présentant des altérations de l’appareil locomoteur. Leur but principal consiste à réacquérir une marche fonctionnelle grâce à une simulation des différentes phases de la marche et à une stimulation sensitive nourrissant les réafférences proprioceptives. Le Lokomat® permet donc, par une répétition prolongée des patrons de marche, un apprentissage sensori-moteur actif et progressif pour le patient. Les objectifs de notre étude sont : (1) de caractériser les processus de contrôle de l’équilibre (coordinations multi-segmentaires) pendant la marche chez des enfants atteints de paralysie cérébrale, comparativement à un groupe d’enfants à développement typique, en analysant les différentes stratégies mises en œuvre pour se propulser vers l’avant tout en préservant leur équilibre, puis (2) de mettre en évidence l’apport d’une rééducation robotisée à la marche dans l’amélioration et/ou la modification des paramètres biomécaniques de la marche chez des enfants atteints de paralysie cérébrale et d’en observer les influences éventuelles sur la motricité globale de l’enfant (nouvelles stratégies, amélioration du rapport coût/bénéfice, etc.). / In recent years, robotically driven orthoses such as the Lokomat® (Hocoma AG, Volketswil, Switzerland) appear in clinical research laboratories. These tools are proposed through gait training programs for the rehabilitation of patients with locomotor disorders. Their main purpose consists to reacquire functional gait through a simulation of the different phases of gait and a sensory stimulation feeding proprioceptive feedback. The Lokomat® allows by an extended repetition of gait patterns an active and progressive sensorimotor learning for the patient. The aims of our study are: (1) to characterize balance control processes (multisegmental coordination) in gait children with cerebral palsy compared to a group of typical development children by analyzing the different strategies involved to maintain forward motion while maintaining dynamic balance, then (2) to show the effects of robot-assisted rehabilitation in gait retraining and show this impacts upon the postural control of children with cerebral palsy (news strategies, ratio cost/benefit improvement, etc).

Les accidents vasculaires cérébraux (AVC) constituent la 1ère cause de mortalité chez les femmes et la 3ème chez les hommes ainsi que la 1ère cause de dépendance chez les personnes qui survivent puisqu'ils gardent des séquelles neurologiques majeures. Les déficiences sont majoritairement fonctionnelles et seulement 5 à 25 % des patients vont récupérer un membre supérieur fonctionnel. La récupération fonctionnelle spontanée, maximale dans les 3 mois après la survenue de l'AVC est principalement sous-tendue par des mécanismes de plasticité cérébrale. Mécanismes qui peuvent être boostés par les différentes techniques de réhabilitation parmi lesquelles les substances pharmacologiques ou les techniques de stimulation cérébrale qui sont développées. Quantifier les capacités de chaque patient est indispensable pour déterminer les fonctions perdues et ainsi proposer des protocoles de rééducation adéquats. De nombreuses techniques ont démontré ce potentiel d'évaluation. Notamment, l'imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf) d'activation (i.e. lors de la réalisation de tâches motrices) de patients AVC, qui a permis de mieux préciser le décours temporel de la réorganisation cérébrale associée à la récupération motrice et des mesures obtenues en IRMf sont proposées comme facteurs pronostics. L'IRMf au repos est de plus en plus utilisée pour étudier les changements de connectivité cérébrale induits par la lésion ou par une intervention donnée. Les techniques de stimulation cérébrale non invasives (SCNI) dont font parties la Stimulation Magnétique Transcrânienne (TMS) et la Paired Associative Stimulation (PAS), en plus d'être utilisées comme outil de rééducation, sont également utilisées comme outils d'évaluation pour étudier la récupération et l'efficacité de thérapeutiques. De plus, depuis quelques années, de plus en plus d'auteurs recommandent l'utilisation de mesures cinématiques pour une évaluation plus objective et automatique des patients après un AVC. Cette évaluation cinématique qui peut être réalisée grâce-à des robots de rééducation permettrait également de différencier les stratégies mises en place lors de la récupération post-AVC. Afin que les changements mesurés par TMS ou par les outils robotiques puissent correctement révéler cette efficacité, il faut que les paramètres obtenus soient reproductibles, valides et fiables. Ainsi, l'objectif de ma thèse est d'étudier l'efficacité de stratégies thérapeutiques sur la plasticité cérébrale et dans la récupération motrice du membre supérieur après un AVC en parallèle de trouver les mesures adaptées pour évaluer au mieux ces effets. Au travers de données obtenues dans le cadre de six protocoles cliniques impliquant des sujets sains ou des patients AVC, il a été possible de mettre en évidence le potentiel d'un outil de mesure et/ou d'une technique interventionnelle à mesurer voire à stimuler les mécanismes à l'origine de la récupération motrice dans l'AVC. / Stroke is the leading cause of death in women and the 3rd in men, as well as the leading cause of dependency in surviving people because they have major neurological sequelae. The deficiencies are mainly functional and only 5 to 25% of patients will recover a functional upper limb. Spontaneous functional recovery, which is maximal within 3 months after the onset of stroke, is mainly underpinned by brain plasticity mechanisms. Mechanisms that can be boosted by different rehabilitation techniques, including pharmacological substances or brain stimulation techniques that are developed for this purpose. Quantifying the capacities of each patient is essential to determine the lost functions and thus propose appropriate rehabilitation protocols. Many techniques have demonstrated their evaluation potential. In particular, functional magnetic resonance imaging (fMRI) of stroke patients performing a motor task, has made it possible to better define the temporal course of brain reorganization associated with motor recovery. In fact, fMRI measures are proposed as prognostic factors. Resting-state fMRI is increasingly being used to study changes in brain connectivity induced by the lesion or by a given therapeutic intervention. Non-invasive brain stimulation (NIBS) techniques, including Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) and Paired Associative Stimulation (PAS), in addition to being used as a rehabilitation tool, are also used as assessment tools to study the recovery and efficacy of therapies. In addition, in recent years, more and more authors have recommended the use of kinematic measurements for more objective and automatic patient assessment after stroke. This kinematic assessment, which can be carried out using rehabilitation robots, would also make it possible to differentiate the strategies implemented during post-stroke recovery. In order for the changes measured by TMS or robotic tools to correctly reveal this effectiveness, the parameters obtained must be reproducible, valid and reliable. Thus, the objective of my thesis is to study the effectiveness of therapeutic strategies on brain plasticity and in the motor recovery of the upper limb after a stroke in parallel to find the appropriate measures to best evaluate these effects. Through data obtained from six clinical protocols involving healthy subjects or stroke patients, it was possible to highlight the potential of a measurement tool and/or intervention technique to measure or even stimulate the mechanisms underlying motor recovery in stroke.

Ce travail est constitué de trois études en plus de la revue de la littérature sur le système de l'équilibration, sur les troubles de l'équilibre d'origine vestibulaire périphérique et sur les principes de la rééducation. I. Etude normative et de la reproductibilité des tests vestibulo-spinaux et rotatoires Objectif : déterminer pour chaque tranche d'âge les valeurs normatives aux tests vestibulo-spinaux et rotatoires et vérifier l'effet de la latéralité sur les sens de déviation et de rotation ; et l'effet du sens de déplacement sur l'amplitude de l'angle. Méthodologie : 120 sujets âgés de 20 à 79 ans ont effectué les tests vestibulo-spinaux et rotatoires pour rechercher les valeurs normatives et 31 parmi ces derniers ont refait les épreuves pour vérifier la reproductibilité des résultats. Résultats :- Les tests vestibulo-spinaux augmentent avec l'âge. Il n'y a pas d'effet de la latéralité sur le sens de déviation ou de rotation. Le sens de déviation ou de rotation n'a pas d'influence significative sur l'amplitude de l'angle. Dans les tests rotatoires avec ou sans fixation, les durées de stabilisation dans le sens horaire et anti-horaire ne sont pas significativement différentes. Conclusion : - les résultats augmentent avec l'âge. Les thérapeutes doivent en tenir compte lors de l'évaluation. II. Etude normative et de la reproductibilité d'une échelle du handicap lié aux troubles de l'équilibre et aux vertiges (E.H.T.E.V.) Objectif. - Déterminer les scores normatifs, en fonction de l'âge et vérifier l'effet du sexe sur les résultats et la reproductibilité de l'E.H.T.E.V. Méthodologie : - La recherche des scores normatifs et de l'effet du sexe a été faite sur une population de 120 sujets, âgés de 20 à 79 ans, sans troubles d'équilibre. L'étude de la reproductibilité des résultats a été faite sur 47 sujets. Les résultats.- Les scores à l' E.H.T.E.V augmentent avec l'âge. Il n'y a pas d'influence significative du sexe sur les scores et la reproductibilité est importante. Conclusion.- Les scores sont influencés par l'âge et il n'y a pas d'effet du sexe sur les résultats. La reproductibilité est importante. Cependant la traduction de cette échelle de l'anglais en français nécessite la validation et la vérification de la fiabilité. III. Intérêt du traitement par exercice rotatoire chez les patients atteints du syndrome de Ménière Objectif : L'objectif de notre travail consiste à évaluer l'efficacité du traitement des troubles d'équilibre par des exercices rotatoires chez les patients souffrant du syndrome de Ménière unilatéral. Méthodologie : les patients sont soumis à des stimulations rotatoires visant à symétriser et à diminuer la réponse nystagmique post-rotatoire. Pour évaluer l'efficacité de ce traitement, les résultats pré- et post-thérapeutiques aux épreuves vestibulo-spinales et rotatoires ainsi que l'analyse de la perception des vertiges par les sujets ont été utilisés. Résultats : -Les patients ont eu en moyenne 11 séances de fauteuil rotatoire pour être subjectivement améliorés. Les épreuves objectives et subjectives montrent une amélioration significative. Conclusion : L'étude montre une amélioration des paramètres objectifs et subjectifs./ After literature review on equilibrium system and peripheral vestibular disorders, vestibular and rehabilitation techniques, Three studies are described in this work. I. “Normative and reproductibility study investigating static, dynamic and rotational testing in rehabilitation of peripheral vestibular balance disorders”. Objective: To determine for different age group, the normative values of vestibular rotational and vestibulospinal tests; to verify the effect of handedness on the direction of veering or rotation during dynamic testing ; and to verify the effect of the veering or rotation direction on angle's amplitude. Method: One hundred and twenty healthy volunteers aged from 20 to 79 years underwent vestibulospinal tests and rotational tests. Results:Vestibulospinal and rotational tests results increased significantly with age. We determined the normative values for each age group. The effect of handedness on the direction of the veering or rotation was not significant. The effect of the veering or rotation direction (left, right) on angle's amplitude was also not significant. Response time of stabilization for clockwise and counterclockwise rotational chair testing (with and without optic fixation): all differences were not significant. Conclusion : Age is an important factor in result of vestibulospinal and rotational tests. The handedness (left or right) does not influence vestibulospinal results. II. Normative study and reliability of french version of dizziness handicap inventory. Objective: this prospective study is to determine the normality per age group, secondly to assess the effect of sex on the scores and the reproductibility of the "Echelle du Handicap lié aux Troubles de l'Equilibre et aux Vertiges" (E.H.T.E.V) french version of the "Dizziness Handicap Inventory (D.H.I). Subjects and method.- The normative scores and the effect of the sex have been determined through the study of a group of 120 subjects. without any instability disorder. Reproductibility has been assessed on 47 individuals. The results.- The scores of the instability related handicap increase with age. There is no significant influence of sex. The reproductibility coefficient is higher.Conclusion:- The scores of the E.H.T.E.V increase with age. There is no significant influence of sex on scores and the coefficient of the reproductibility is good. But the translation of this handicap scale, need a study of validity and reliability. III. “ Benefit of rotational exercises for patients with Meniere's syndrome”. Objective: To date, the effectiveness of balance rehabilitation for patients with Meniere's syndrome has not been unanimously acknowledged by all physicians and physiotherapists. The purpose of this study is to assess the therapeutic efficacy of rotational exercises in the treatment of disequilibrium for patients with unilateral Meniere's syndrome. Methodology: Rotational stimuli were used to symmetrize and reduce postrotatory nystagmic response. Three reference sources were used to assess the efficacy of this management: vestibulospinal function tests rotational tests and the self-perceived impact of vertigo. Results: Patients required 11 sessions (mean value) to attain subjective improvement. Rotational tests and dynamic tests of the vestibulospinal function improved. Conclusion: The objective and subjective measures of disequilibrium were significantly improved.

Les objectifs de notre travail étaient : (i) de proposer un nouveau cadre conceptuel pour l’entraînement bimanuel chez les patients hémiplégiques (ii) de concevoir et tester une nouvelle approche de rééducation basée sur l’équilibre entre les différentes contraintes. Afin d’atteindre ces objectifs, nous avons adopté une approche du type preuve-de-concept.La première partie de ce document est consacrée à une revue critique de la littérature. La deuxième partie présente le travail expérimental qui était mené pour explorer ce concept, chez des sujets sains et des patients hémiparétiques. La première étude a exploré le comportement unimanuel dans une tâche de pointage discret pour une large gamme de d’indices de difficulté (ID). Dans la seconde étude, nous avons exploré l’effet de l’asymétrie bimanuelle induite par la tâche sur l’expression du couplage. La troisième étude aborde la problématique des asymétries induites par l’AVC et par la tâche chez des patients soufrant de déficits plus ou moins graves. Globalement, les résultats expérimentaux ont corroboré nos hypothèses initiales. Ainsi, ils nous ont permis de concevoir une nouvelle stratégie de rééducation bimanuelle. Cette stratégie de rééducation, avec le protocole de recherche clinique en cours, ont été présentés dans la troisième partie de la thèse. Notre approche a fourni une preuve de concept sur l’importance de l’équilibre entre couplage et rupture de symétrie dans le comportement bimanuel du patient hémiplégique. Elle a permis également d’envisager la manière dont les asymétries devraient être prises en compte dans la rééducation. Les perspectives futures ont été discutées dans la dernière partie du manuscrit. / In the present work we aimed at: (i) setting new conceptual foundations for bimanual movement training in stroke, and (ii) providing practical guidelines to appropriately design and test a comprehensive constraint-led bimanual rehabilitation strategy. In order to achieve these stated objectives, we adopted a proof-of-concept approach.The first part of the current manuscript includes a critical review of BMT literature on the basis of the theoretical principles and empirical findings of the dynamical systems approach. The second part reports the experimental work that was conducted to investigate this concept in healthy and in hemiparetic subjects. The first study investigated unimanual discrete rapid aiming, under different task conditions and for a wide range ID values. In the second study, the effect of task-induced inter-limb asymmetry on the expression of bimanual coupling was explored. The third study, addressed the issue of task- and stroke-induced asymmetries in patients with different degrees of impairments. Overall, experimental findings corroborated our initial hypotheses. It permitted the design of a new BMT strategy to (re)train stroke patient. This rehabilitation strategy and the on-going clinical protocol were presented in the third part of the thesis.Though voluntarily qualitative, our approach provided a preliminary proof of concept on how CVA- and task-induced inter-limb asymmetries should be taken into account in rehabilitation. The conclusions of our work along with the opened perspectives were discussed at the end of the manuscript.

Le neurofeedback (NF) est une technique consistant à renvoyer à un individu des informations sur son activité cérébrale en temps réel, lui permettant ainsi d'apprendre à mieux en contrôler certains aspects pour la réorganiser de manière durable. Des effets spécifiques sur les fonctions émotionnelles, cognitives ou comportementales du sujet sont supposés accompagner l'entraînement par NF, ce qui fait du NF une technique prometteuse pour la rééducation du cerveau de patients souffrant de troubles neurologiques ou psychiatriques et pour l'optimisation de la performance chez les sujets sains. Le NF a été étudié comme outil de rééducation cérébrale dans un grand nombre de troubles neurologiques et psychiatriques. Pourtant, son déploiement au sein de l'arsenal thérapeutique est restreint par le manque de preuves concluantes sur sa réelle efficacité. Les limitations inhérentes aux modalités de mesures de l'activité cérébrale pourraient être une des raisons à l'origine de cette efficacité débattue. En effet, la plupart des approches de NF reposent sur l'exploitation d'un seul type de modalité, l'EEG et l'IRMf étant les plus répandues. Alors que l'EEG est peu coûteux et bénéficie d'une haute résolution temporelle (milliseconde), sa résolution spatiale (quelques centimètres) est limitée par la conduction volumique de la tête et le nombre d'électrodes employées. De plus, la localisation de sources à partir de l'EEG est imprécise du fait qu'elle constitue un problème inverse mal posé. De manière complémentaire, l'IRMf rend possible l'auto-régulation de régions cérébrales spécifiques avec une haute résolution spatiale (millimètres) mais pâtit d'une faible résolution temporelle (seconde). La combinaison de l'EEG et de l'IRMf s'est révélée fructueuse dans l'étude des fonctions cérébrales chez l'homme, pourtant elle a rarement été exploitée pour des applications de NF. Dans le cadre du NF, elle permet d'évaluer et de valider différents paradigmes de manière transmodale. Mais surtout, elle ouvre un champ de possibilités pour le développement de nouvelles approches de NF qui mélangeraient les deux modalités, soit à l'étape de calibration soit pour produire un signal de NF bimodal. La combinaison de l'EEG et de l'IRMf pose de nombreux défis relatifs à la physiologie, au design expérimental, à la qualité des données, ainsi qu'à leur analyse/intégration et leur interprétation. Ces défis sont d'autant plus grands si l'EEG et l'IRMf sont destinés à être utilisés simultanément pour le calcul du signal de NF, du fait de la contrainte de temps-réel et de la difficulté de définir des tâches expérimentales compatibles avec les natures divergentes de l'EEG et de l'IRMf. La partie théorique de cette thèse vise à identifier les aspects méthodologiques qui diffèrent entre le NF-EEG et le NF-IRMf ainsi qu'à examiner les motivations et les stratégies pour combiner l'EEG et l'IRMf dans le cadre du NF. Parmi ces différentes stratégies de combinaison, nous avons choisi de nous focaliser sur le NF-EEG-IRMf bimodal car il apparaît comme une approche prometteuse et n'a quasiment pas été étudié. La faisabilité de cette approche a récemment été démontrée, faisant ainsi place à un tout nouveau champ d'investigation. Cette thèse vise à répondre aux questions suivantes : quelle est la valeur ajoutée du NF bimodal par rapport au NF unimodal ; existe-t-il des mécanismes spécifiques engagés lorsqu'un individu apprend à contrôler deux signaux de NF ; comment intégrer l'EEG et l'IRMf pour produire un seul feedback ? La partie expérimentale de cette thèse se focalise donc sur le développement et l'évaluation de méthodes de NF-EEG-IRMf. Afin de conduire des expériences de NF bimodal, nous commençons par mettre en place une plateforme EEG-IRMf temps-réel. Ensuite, dans une première étude, nous comparons les effets du NF-EEG-IRMF, du NF-EEG et du NF-IRMf. Enfin, dans une seconde étude nous proposons et évaluons deux types de feedbacks intégrés pour le NF-EEG-IRMf. / NF is the process of feeding back real-time information to an individual about his/her ongoing brain activity, so that he/she can train to self-regulate neural substrates of specific behavioral functions. NF has been extensively studied for brain rehabilitation of patients with psychiatric and neurological disorders. However its effective deployment in the clinical armamentarium is being held back by the lack of evidence about its efficacy. One of the possible reason for the debated efficacy of current approaches could be the inherent limitations of single imaging modalities. Indeed, most NF approaches rely on the use of a single modality, EEG and fMRI being the two most widely used. While EEG is inexpensive and benefits from a high temporal resolution (millisecond), its spatial resolution (centimeters) is limited by volume conduction of the head and the number of electrodes. Also source localization from EEG is inaccurate because of the ill-posed inverse problem. In a complementary way, fMRI gives access to the self-regulation of specific brain regions at high spatial resolution (millimeter) but has low temporal resolution (second). Combined EEG-fMRI has proven much valuable for the study of human brain function, however it has rarely been exploited for NF purpose. In the context of NF, combining EEG and fMRI enables cross-modal paradigm evaluation and validation. But more interestingly it opens up avenues for the development of new NF approaches that would mix both modalities, either at the calibration phase or to provide a bimodal NF signal. Combined EEG-fMRI poses numerous challenges with regard to basic physiology, study design, data quality, analysis/integration and interpretation. These challenges are even greater if EEG and fMRI are both to be used simultaneously for online NF computation, because of the real-time constraint and the difficulty to find a task design compatible with EEG and fMRI' diverging natures. The theoretical part of this PhD dissertation aims at identifying methodological aspects that differ between EEG-NF and fMRI-NF and at examining the motivations and strategies for combining EEG and fMRI for NF purpose. Among these combination strategies, we choose to focus on bimodal EEG-fMRI-NF as it seems to be one of the most promising approach and is mostly unexplored. The feasibility of this approach was recently demonstrated and opened an entire new field of investigation. First and foremost, we would like to address the following questions: what is the added value of bimodal NF over unimodal NF; are there any specific mechanisms involved when learning to control two NF signals simultaneously; how to integrate EEG and fMRI to derive a single feedback ? The experimental part of this PhD dissertation therefore focuses on the development and evaluation of methods for bimodal EEG-fMRI-NF. In order to conduct bimodal NF experiments, we start by building up a real-time EEG-fMRI platform. Then in a first study, we compare for the first time bimodal EEG-fMRI-NF with unimodal EEG-NF and fMRI-NF. Eventually, in a second study, we introduce and evaluate two integrated feedback strategies for EEG-fMRI-NF.

But: L’attention semble avoir un impact sur le fonctionnement des muscles périnéaux.Matériels : L’activité électromyographique (EMG) du sphincter anal externe (SAE) a été receuillie au cours d’effort de contractions périnéales volontaires et reflexe (provoquées par la toux) réalisées en réponse à un stimulus au marteau reflexe chez des femmes volontaires saines avec et sans épreuve de charge cognitive (ECC). Le temps de réaction (RT1) correspondant à la latence entre le stimulus et le début d’activité EMG du SAE lors d’une contraction périnéale volontaire, le RT3, correspondant au temps de latence entre le début d’activité EMG du SAE et le début d’activité EMG des muscles intercostaux externes (ICE) lors d’un effort de toux, ont été mesurés. Après randomisation (1/2) 13 femmes ont bénéficié d’une rééducation en double tache (cognitivo-musculaire) et 26 femmes constituaient le groupe témoin. Ces mêmes paramètres ont été enregistrés avant et apres rééducation dans les deux groupes.Resultats: Une ECC provoque un allongement du RT1 par un facteur 3,98 (p<0,001). Une ECC entrainne une diminution de 29% de la contraction périnéale réflexe: RT3 était respectivement de -80.00 ms sans ECC contre -56,7 ms en cas d’ECC (r=0,7, p=0,0045). Dans le groupe « rééducation » le RT1 en présence d’une ECC passait de 461,1 à 290,7 ms (r=0,6, p=0,006) contre 370 à 343 ms dans le groupe témoin (r=0,9, p=NS). Le RT3 dans le groupe « rééducation » en absence d’une ECC passait de -68,5 à -127,8 ms (r=1,9, p=0,03) et en présence d’une ECC de -42,6 ms à -59,3 ms (r=1,4, p=0,04). Conclusion: Une rééducation specifique corrige les effets provoqués par une ECC sur la contraction périnéale. / Aims: Attention may be involved in pelvic floor muscles (PFM) Methods: The electromyographic (EMG) activity of the external anal sphincter (EAS) was recorded on healthy female volunteers, during voluntary and involuntary (induced by cough) PFM contraction, elicited by local stimulation, combined (or not) with a mental Distraction Task (DT). Reaction time (RT1), ie. the latency between stimulus and the onset of EAS EMG activity, RT3, ie. the latency between the onset of EAS EMG activity and the onset of External intercostal muscle (EIC) (cough) were measured. Following randomisation (2/1) 13 volunteers underwent dual task cognitive (an attentional test and PFM exercises) rehabilitation program and 26 were the control group (no specific instruction). RT1 and RT3 were recorded before and after the program in both group.Results: The mental distraction task led to a 3.98 times greater reaction time between stimulus and EAS EMG activation (RT1), (p<0.001). DT led to a 29% shorter anticipation of the involontary PFM contraction: RT3 were respectively -80.00 ms without a DT versus -56.67 ms with a DT (r=0.7, p=0.004). In the rehabilitation group RT1 in DT conditions decreased from 461.1 ms to 290.7 ms (r=0.6, p=0.006)vs 370 to 343 ms in the control group (r=0.9, p=NS). In the study group RT3 without a DT increased from −68.5 ms to −127.8 ms (r=1.89, p = 0.03) and from 42,6 ms to -59,3 ms with a DT (r= 1.4, p=0.04).Conclusions: A specific dual task rehabilitation can prevent the effect of DT on PFM contraction characteristics.

La thèse présentée a pour objectif d’analyser dans le cadre de l’approche dynamique du contrôle moteur la coordination motrice de participants sains et cérébrolésés évoluant sur un nouvel outil de rééducation, le cheval mécanique. L’analyse de ces coordinations spontanément adoptées par les individus sur ce cheval, ou modifiées suite à l’apprentissage d’une nouvelle coordination grâce à l’ajout d’un biofeedback visuel en temps réel, conduit à participer à (i) déterminer l’utilité du biofeedback dans ce type de tâche et (ii) à évaluer l’intérêt d’un protocole de 24 séances prescrites par nos soins et réalisées sur cet outil. L’objectif final est alors de participer à l’élaboration d’un protocole de rééducation posturale pour une population de patients cérébrolésés. La première étude a permis de mettre en avant le rôle joué par l’expertise dans l’évolution des coordinations posturales des individus sur le cheval mécanique amenant les cavalières expertes vers une coordination posturale plus adaptée (i.e. maintien des patterns en phase et en antiphase), en comparaison aux novices. Par ces analyses, la coordination tronc/cheval mesurée en antiphase, a été mise en lumière, correspondant ainsi à la coordination retrouvée dans l’activité équestre réelle. Par ailleurs, la mise en place d’une méthode d’apprentissage (étude 2) a permis de modifier le comportement postural des individus après seulement 3 séances, selon les conditions d’apprentissage prescrites. La fréquence d’oscillation du cheval avait un impact important sur la coordination des participants, qui adoptaient une coordination en antiphase (fort attracteur) lorsque la contrainte environnementale était élevée. Toutefois, ces observations n’ont pas permis de démontrer le réel intérêt de l’ajout d’un biofeedback visuel dans l’apprentissage d’une nouvelle coordination posturale chez des sujets sains. Enfin, la troisième étude réalisée chez des patients cérébrolésés a montré l’intérêt de cette nouvelle méthode de rééducation sur la coordination posturale de ces patients. Après 24 séances, leur coordination était différente de celle du groupe témoin, permettant de mettre en avant leur capacité à s’adapter aux contraintes et à développer des modes de coordinations posturales spécifiques (tronc/cheval en antiphase) à l’activité afin d’optimiser au mieux leur posture. / Rooted in the dynamical system approach of motor control, the aim of this thesis is to analyze the motor coordination of healthy and brain-damaged participants oscillating on a new rehabilitation tool: the mechanical horse. The analysis of spontaneous coordination exhibited by individuals on this horse and the learned coordination adopted after a learning phase provided by the addition of a visual biofeedback allowed (i) to determine the usefulness of biofeedback in learning an oscillating task and (ii) to evaluate the interest of a 24 sessions rehabilitation protocol performed using the mechanical horse. The final goal is to participate to the development of a postural rehabilitation protocol for a population of brain-damaged patients. The first study allowed to highlight the role of expertise in the dynamics of the postural coordination on the mechanical horse bringing the expert riders towards a more adapted postural coordination (i.e. maintaining in phase and antiphase patterns). Through this first analysis, the spontaneous trunk/horse coordination was highlighted as antiphase, corresponding to the coordination found in real equestrian activity. Furthermore, the implementation of a learning method (study 2) allowed to modify the postural behavior of novice riders after only 3 sessions. The oscillation frequency had a significant impact on the coordination of participants who fell in an antiphase coordination (strong attractor) when the environmental constraint was high. However concerning those novice but healthy participants, this experiment did not demonstrate the real value of an additional video feedback during learning of a new postural coordination. Finally, the third study performed in brain-damaged patients showed the interest of this new rehabilitation method on the postural coordination of these patients. After 24 sessions, their coordination was different from the one of the control group, allowing to highlight their ability to adapt of constraints and to develop specific modes of postural coordination (trunk/horse antiphase) in order to optimize their posture.

La Dégénérescence Maculaire Liée à l’Age (DMLA) affecte actuellement plus d’un million de malades en France et concernera 288 millions de personnes dans le monde en 2040. Cette pathologie du sujet âgé est à l’origine d’un handicap fonctionnel majeur, source de perte d’autonomie et de dépendance. Malgré une forte prévalence, les performances posturales et oculomotrices des sujets atteints de DMLA restent peu étudiées et beaucoup d’interrogations sont à ce jour sans réponse. Ce projet de recherche comporte deux parties pour lesquelles nous avons utilisé différents dispositifs : les plateformes de force TechnoConcept® et Framiral®, le Mobile eyeBRAIN tracker EBT2®, et la tablette connectée Metrisquare®. Dans un premier temps, nous avons examiné l’impact de la DMLA unilatérale versus bilatérale sur le contrôle postural en comparaison avec des sujets sains âgés (Etude I), pour permettre de mettre en évidence le bénéfice de la rééducation posturale chez cette population de malades (Etudes II et III). Dans un second temps, nous avons étudié l’oculomotricité des sujets atteints de DMLA à travers leurs performances de saccades visuellement guidés et de lecture, afin de rééduquer ces mêmes performances via des exercices oculomoteurs et visuo-attentionnels (Etude IV, V et VI). En objectivant les mouvements oculaires ainsi que le déplacement du centre de pression chez les sujets atteints de DMLA uni- et bilatérale, en comparaison avec des sujets sains du même âge, nous avons cherché à confirmer notre hypothèse : le déficit visuel des sujets atteints de DMLA, à l’origine d’une malvoyance, entraine la mise en place de mécanismes adaptatifs qui, grâce à une rééducation adaptée, permettent de réduire les restrictions fonctionnelles posturales et oculomotrices. In fine, ces travaux apportent des solutions pour mieux prévenir et rééduquer ces déficits fonctionnels, grâce à des outils innovants qui permettront d’optimiser la prise en charge. / Nowadays, age-related macular degeneration (AMD) affects more than one million of people in France and will concern 288 million of people in the world in 2040. This pathology impacts elderly and generates a serious functional disability which causes autonomy loss and dependance. Despite the high prevalence, the postural and oculomotor performances of AMD subjects are little studied and there are still lot of questions without answers. This research project is composed by two parts and used different experimental techniques: TechnoConcept® and Framiral® force plateforms, Mobile eyeBRAIN tracker EBT2®, and Metrisquare® digital tablet. Firstly, we examined the impact of unilateral versus bilateral AMD in postural control, compared with healthy elderly (Study I), in order to evidence the benefits of postural training in these groups (Studies II and III). Secondly, we studied the oculomotor pattern in AMD subjects during visually guided saccades and reading tasks, to improve their performance with oculomotor and visuo-attentional exercises (Studies IV, V and VI). By objectifying eye movements as well as the displacement of center of pressure in unilateral and bilateral AMD subjects, compared with healthy age-matched controls, we want to confirm our hypothesis: the visual impairment of AMD subjects, which causes low vision, leads to the implementation of adaptive mechanisms that, through appropriate training, reduce postural and oculomotor functional restrictions.In fine, this research provides specialists with solutions to prevent and train these functional deficits with novator techniques, in order to optimize the coverage.