Présentation détaillée des thématiques

Les travaux de l’équipe « Analyse du Mouvement » se déclinent en trois axes (Biomécanique, Physiologie, Imagerie et Santé) avec différents thèmes de recherche.

 

Axe biomécanique : Organisation, Contrôle et Adaptations des Comportements moteurs

Thème 1 - coordination équilibre / mouvement : genèse, évolution et adaptation

Ce thème propose des modèles «évolutifs» des relations entre équilibre et mouvement volontaire depuis l’enfant jusqu’à la personne âgée, selon une perspective d’organisation hiérarchique du contrôle moteur. Cet axe de recherche se focalise sur les sous-systèmes mettant en jeu les processus automatiques à l’origine de la coordination équilibre-mouvement. Ces processus sont également abordés au cours de l’ontogenèse, à travers l’étude de la capacité d’adaptation.
 
Il existe deux modes d’organisation de la coordination équilibre/mouvement: un mode à « une commande centrale » qui organise et gère à la fois le mouvement et l’équilibre et un mode à « deux commandes parallèles », l’une organisant et gérant le mouvement, l’autre l’équilibre. Le choix de tel ou tel mode d’organisation dépend à la fois de la tâche, des conditions environnementales dans lequel elle est réalisée, de l’état interne de l’individu et de son âge. Nous cherchons à déterminer : 1) les limites d’adaptation de chacun des modes d’organisation de la coordination 2) si le mode à « une commande centrale » de la coordination équilibre-flexion du tronc mis en évidence chez le jeune adulte est présent dès le plus jeune âge ou s’il s’apprend avec l’âge et l’expérience 3) quel est l’impact d’une pathologie mécanique (scoliose, rotation interne des genoux…) sur la mise en place et le développement de la coordination équilibre/ flexion du tronc 4) chez la personne d’âge moyen et la personne âgée si les modifications observées dans l’organisation et la gestion de l’équilibre et du mouvement liées au vieillissement sont synonymes de « dysfonctionnement » ou si elles reflètent davantage un processus d’adaptation lié à l’âge

Thème 2 - Les activités sensori-motrices : une approche des liens Emotions - Cognitions – Mouvement

Ce thème de recherche s’intéresse aux processus émotionnels, cognitifs et automatiques qui organisent, contrôlent et adaptent l’exécution d’un mouvement finalisé dans un contexte déterminé ; ceci depuis l’enfant jusqu’à la personne âgée. Notre objectif est de proposer et de valider un modèle des relations qui peuvent exister entre processus émotionnels, processus attentionnels (cognitifs), processus cognitifs dédiés à la planification du mouvement et processus automatiques impliqués dans la programmation du mouvement depuis l’enfant jusqu’à la personne âgée typique et pathologique.

Thème 3 - Etude de l’influence du contexte émotionnel sur la production d’un mouvement de l’ensemble du corps : l’initiation de la marche

Nous étudions chez le jeune adulte l’impact de stimuli visuels émotionnels sur le temps de réaction et l’amplitude des réponses posturales associées à ce mouvement. Cette thématique s’inscrit dans le cadre général de l’étude des interactions entre émotion, cognition et action. Ce thème de recherche pluridisciplinaire s’appuie à la fois sur l’aspect moteur du comportement et sur sa composante psychologique. Lors de la réalisation d’un mouvement intentionnel, la première étape requiert sa planification qui définit le but à atteindre (mise en jeu de structures corticales). La deuxième étape de programmation reflète le choix par le Système Nerveux Central des moyens mis en œuvre (au niveau sous cortical) pour atteindre ce but, i.e. les synergies musculaires (programmes moteurs) à caractère automatique tout en étant flexible. La troisième étape est celle de l’exécution du mouvement, la planification d’un mouvement sollicite des ressources cognitives. Il s’agit ici de savoir comment la planification et la programmation d’un mouvement de l’ensemble du corps (initiation de la marche) sont affectées par le contexte émotionnel de la tâche. A ce jour, il convient de souligner qu’un nombre très restreint d’études se sont intéressées à l’influence du contexte émotionnel sur la production d’un mouvement de l’ensemble du corps : l’initiation de la marche. Cette orientation ouvre des perspectives intéressantes pour analyser le comportement humain dans une situation beaucoup plus proche de celles de la vie quotidienne, comparée à une tâche consistant à presser une touche d’un clavier d’ordinateur par exemple.

Thème 4 – rôle des cognitions sur la performance motrice et l'impact des cognitions sur l’apprentissage

Ces travaux se situent dans une perspective hiérarchique du contrôle de l’action (Paillard, 1985) et considèrent les cognitions comme des déterminants des comportements moteurs. Ce thème aborde des travaux étudiant le rôle des cognitions sur la performance motrice et l'impact des cognitions sur l’apprentissage. Les recherches visent tout d'abord à étudier comment l’intention d’agir affecte les conduites motrices chez des sujets sains ou pathologiques. L’intention d’agir découle de facteurs motivationnels (telle que la valeur appétitive ou aversive d’un objet à saisir) et servirait de déclencheur au mouvement volontaire. Ce thème s’intéresse également aux mécanismes attentionnels. Ainsi, dans le domaine sportif, de nombreuses recherches ont montré que l'intention d'agir varie en fonction des processus attentionnels mis en jeu par les sujets. Les travaux présentés dans ce thème se situent dans la poursuite des découvertes de Wulf (2007) et portent spécifiquement sur le rôle des consignes dans l'orientation de l'attention. Ainsi, lorsque l'on oriente l'attention des participants envers l'atteinte du but et non pas sur la manière de réaliser le mouvement, on observe que la planification et la programmation du mouvement s'améliorent. Cette orientation des processus attentionnels a également des répercutions sur les apprentissages.

Thème 5 - Interactions posture – mouvement

L'accomplissement d'un mouvement volontaire suppose la mise en jeu de processus de préparation qui prédéterminent l'efficacité de l’acte moteur. En effet, une activité motrice intentionnelle est confrontée à deux exigences apparemment contradictoires : le déplacement de certains segments corporels orientés vers un but et la stabilisation d’autres segments du corps pour maintenir l'équilibre. Dans ce cadre-là, une première partie des travaux a visé à évaluer l’efficacité de la réponse posturale, en termes de délais, suite à une perturbation auto-initiée. L’existence d’une représentation interne des contraintes inertielles liées à l’exécution du mouvement a pu être mise en évidence. Une seconde partie de ces travaux a concerné plus précisément la détermination de la variable contrôlée lors de ces tâches d’interaction entre la posture et le mouvement. Sur la base de simulations et de procédures expérimentales, nous avons pu montrer que la variable de contrôle, lors d’une tâche d’élévation bilatérale de bras, ne pouvait être qu’un paramètre dynamique (le CP) plutôt qu’une variable globale de position (le CM). Dans le cadre d’une collaboration avec la Pitié-Salpêtrière, nous développons actuellement des recherches visant à préciser les altérations de la commande motrice dans l’initiation de la marche chez des personnes souffrant de Sclérose Latérale Amyotrophique. Nous développons et testons également un programme d’évaluation (programme intégré d'équilibre dynamique) visant à diminuer les risques de chutes chez les personnes âgées. L’objectif principal ici est de vérifier l’efficacité d’un programme de prévention des chutes basé sur une approche multifactorielle et composé à la fois de séances d’activités physiques et d’ateliers de prévention et d’éducation.

Axe Physiologie : performance et exercice physique

Thème 1 : Etude des co-contractions musculaires

Pendant longtemps, les co-contractions (activations simultanées des muscles agonistes et antagonistes) ont uniquement été considérées comme une activité musculaire « parasite » qu’il faut limiter au maximum. L’argumentation se fondait sur des arguments cliniques : des co-contractions sont observées dans des cas pathologiques comme la maladie de Parkinson et les dystonies dont la forme mineure la  plus connue correspond à la crampe des écrivains et des musiciens. Un autre argument, fréquemment avancé en faveur du caractère parasite et néfaste des co-contractions, est que l’entraînement s’accompagne d’une diminution des co-contractions au cours de la production de force contre une résistance externe (Psek et Cafarelli, 1993) ou lors d’un apprentissage d’un geste moteur précis (Person 1960). Cependant, des données récentes suggèrent qu’il existerait des circuits neuronaux spécifiques à l’origine des co-contractions dont le caractère parasite et néfaste est contesté (intérêt d’augmenter la raideur articulaire dans certaines situations comme l’équilibre sans appui ou la réalisation d’activités fines des extrémités). Lors de la production d’une force musculaire importante, on observe une diminution de l’activité des cellules de Renshaw facilitant la production de force au niveau des agonistes et favorisant l’inhibition des antagonistes par un mécanisme de désinhibition de l’innervation réciproque (désinhibition de l’inhibition Ia des motoneurones antagonistes). A l’opposé dans les co-contractions physiologiques, il existerait une facilitation d’origine centrale (ou une désinhibition centrale) de l’activité des cellules de Renshaw, diminuant la production de force par les muscles agonistes, mais facilitant la production de force par les muscles antagonistes du fait d’une inhibition de l’innervation réciproque (inhibition de l’inhibition Ia).
 
A la lumière de ces données récentes, nous nous sommes intéressés dans le cadre de la thèse de Virgile SERRAU à vérifier les résultats des travaux de Tyler et Hutton (1986) sur la production de co-contractions maximales. Par ailleurs, l’étude des co-contractions maximales présente un intérêt non seulement théorique mais aussi appliqué. En effet, la réalisation d’exercices de co-contractions maximales est, de nouveau, présentée comme une méthode de développement de la force musculaire bien que les fondements théoriques d’une telle proposition soient insuffisants voire même défavorables.
 
Ainsi, les résultats d’un premier article de la thèse de Virgile Serrau sur les co-contractions des muscles fléchisseurs et extenseurs du coude (Serrau et al. 2012) sont en concordance avec l’étude de Tyler et Hutton mais concordent aussi  avec l’hypothèse de l’activation des cellules renshaw et ne devraient pas être interprétée comme une l’expression de la double innervation de Sherrington.
 
Un deuxième article de cette thèse, a été consacré à l’étude de l’effet de l’entraînement en co-contractions, est accepté avec modifications mineures dans le « Journal of Sports Sciences ». Les résultats de cet article ont montré que ce type d’entraînement pendant quatre semaines est synonyme d’une augmentation significative de la force maximale volontaire des fléchisseurs et des extenseurs du sans augmentation de l’activité EMG des muscles agonistes ni des antagonistes.
 
Dans la continuité des travaux de la thèse de Virgile SERRAU, une thèse est en cours de préparation par Sana ZBIDI sur les « Facteurs d’influences au cours de l’entrainement en co-contraction isométrique volontaires des muscles agonistes antagonistes ». Les résultats préliminaires de cette étude ont montré qu à l’issue de ce type d’entraînement pendant six semaines des muscles fléchisseurs et extenseurs du coude, la FMV continue à augmenter de quatre à six semaines. Cependant, conformément à notre hypothèse, la pente maximale de montée de force (MRFD) ne variait pas. Les données de l’EMG sont encore en cours de traitement et nous apporteront un éclairage concernant les mécanismes d’activation et de co-activation dûs à ce type d’entraînement.

Thème 2 : Chronobiologie de la performance physique

Ces études ont pour objectif principal la limitation de l’effet de l’heure de la journée sur la performance et l’amélioration de la performance anaérobie du matin à travers différents moyens (l’échauffement, l’entraînement le matin). Nos études dans le cadre de cette thématique ont déjà fait l’objet de trois publications ISI entre 2010 et 2012.

Thème 3 : Facteurs déterminants la performance en détente verticale et en puissance maximale sur ergocycle

Les principaux résultats concernent l’influence des origines ethniques (caucasiennes versus afro-caribéennes) sur la puissance maximale anaérobie mesurée sur bicyclette ergométrique et en particulier ses relations avec la détente verticale réalisée avec un contre-mouvement, test d’évaluation fréquemment utilisé comme test de terrain à grande échelle. Ces différentes études apportent des arguments en faveur de l’hypothèse d’une éventuelle aptitude spécifique des sujets d’origine ouest-africaine aux exercices de détente verticale et que cette aptitude pourrait être en rapport avec des différences de raideur musculo-tendineuse comme le suggère les résultats de l’étude sur la raideur de la cheville.
 
Cette thématique a déjà donné lieu à une thèse soutenue de M. Majdi ROUIS, une publication ISI dans l’Eur J Appl Physiol et deux articles en cours d’expertise

Axe Neuroimagerie et Santé

Méthodologie, traitement et analyse des images

L’imagerie représente le troisième axe de recherche du groupe « Analyse du Mouvement ». Elle complète les travaux menés par cette équipe, notamment en insufflant une dynamique neuroscientifique autour de questions théoriques et de projets de santé et d'activité physique. L’imagerie cérébrale vient renforcer les hypothèses de biomécaniques, de physiologie et de psychologie par l'apport de l'IRM multimodale (IRMf, DTI, VBM, DCM, Resting-state) et des techniques EEG et MEG. Ces techniques cérébrales complémentaires sont couplées à des outils éléctrophysiologiques d'électromyographie (EMG), de réponse éléctrodermale (GSR) ou de stimulation magnétique et éléctrique cérébrale (TMS, tDCS) qui permettent d'étudier la neuroplasticité et la neuromodulation des aires corticales ainsi que l'utilisation de capteurs biomécanique compatibles IRM (force, accélération).

L'objectif principal de cet axe est d’appréhender le système « cerveau-corps-muscle » tant du point de vue des mécanismes cérébraux et physiologiques impliqués que des aspects psychologiques dans une perspective cognitiviste, comportementale et thérapeutique, en lien avec des hypothèses théoriques qui émanent de la psychologie et des neurosciences cognitives. Plus précisément, nous cherchons à explorer et à identifier au niveau cérébral des circuiteries formant des boucles fonctionnelles et dynamiques engagées dans des processus de contrôle moteur, postural, cognitif (planification, initiation, attention, inhibition) et motivationnel chez des sujets sain et pathologique, à partir de méthodologies issues des mathématiques (théorie des graphes, causalité de Granger) et des neurosciences computationnelles (interactions psycho-physiologiques, modélisation causale dynamique). Sur la base des travaux menés en imagerie, biomécanique et physio du muscle, des méthodes de suivi psychologique (pleine conscience, psychologie positive) et physiologique (objets connectés)  proposent aux patients SEP et SLA des programmes d’activité physique adaptée dans des contextes d’imagerie mentale et de réalité virtuelle permettant d'améliorer l'état de santé des patients.

L’axe imagerie développe des recherches internationales en collaboration avec les neurosciences, la neuroéconomie, la physiologie, la psychologie cognitive et clinique, et s’intéresse plus particulièrement aux pathologies cérébrales neurodégénératives dans le domaine de la santé.

L’étude de l'initiation de la marche et du contrôle postural chez les patients SLA, la prise de décision thérapeutique (observance), les risques médicamenteux (effets secondaires) et l'étude de la fatigue (perception de l'effort mental) chez les patients SEP constituent des exemples des thème traités dans le domaine de la santé par l'équipe E1.

Mis à jour le 11 avril 2018