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Thème 2 : déficience motrice

Déficience motrice

Mise à jour : 13 décembre 2010

Les travaux réalisés au sein de l’axe « déficience motrice » de l’équipe P2M visent à étudier les modifications de l’adaptabilité du système neuro-musculo-squelettique au cours du vieillissement ou à la suite de pathologies touchant la motricité. L’approche est dite « neuro-mécanique » parce qu’elle associe étroitement le domaine de la biomécanique et celui des neurosciences comportementales pour étudier l’intégration des facteurs neuromusculaires, ostéo-articulaires, sensorimoteurs et cognitifs. Les travaux portent sur la réalisation de tâches posturales, locomotrices ou de tâches de coordinations inter-segmentaires chez le sujet vieillissant ou chez les patients hémiplégiques. Chez le sujet sain, l’utilisation de protocoles de fatigue neuromusculaire associés à l’étude des impacts permet de mettre en évidence, à travers l’adaptation du système, les processus d’intégration sensorimotrice des informations relatives à l’état du muscle. L’étude des altérations mécaniques, sensorimotrices et cognitives associées à certaines pathologies et au vieillissement permet de mieux comprendre les déterminants des capacités adaptatives de l’organisme dans son ensemble.

 Systèmes osteo-articulaires, musculo-squelettique et tolérance à l’impact

Tolérance à l’impact et ajustements neuromusculaires en l’absence et en présence de fatigue

Les systèmes musculo-squelettique et ostéo-articulaire ont pour caractéristique leur adaptabilité aux contraintes externes, comme par exemple l’adaptation à l’impact. On retrouve ce type de problématique lors de la marche, de la course à pied ou en accidentologie. Dans ces deux cas, la structure vivante répond aux forces externes via différents types de mécanismes intrinsèques. Les mécanismes passifs sont inhérents à la structure des biomatériaux alors que d’autres mécanismes, dits actifs, relèvent de l’adaptation neuromusculaire. L’adaptation neuromusculaire se traduit de manière pro-active par un pré-tuning des complexes musculaires contrôlant l’articulation et par également une modulation réflexe post impact sous forme d’inhibition ou au contraire de facilitation des boucles réflexes de régulation. Dans les formes habituelles de la locomotion, les muscles extenseurs des membres inférieurs sont engagés au cours de chaque appui au sol dans un enchaînement de phases de freinage (excentrique) et de poussée (concentrique). Cette combinaison, appelée Cycle Etirement-Détente, est connue pour être plus économique et efficace qu’une action concentrique isolée Toutefois, lorsqu’ils sont épuisants ou inhabituels, les exercices de type CED peuvent engendrer des micro-lésions musculaires dont la lente résorption est associée sur plusieurs jours à des déficits fonctionnels et à douleurs musculaires retardés (HDR C. Nicol 2009).
Les travaux ont porté sur la flexibilité des ajustements neuromusculaires selon l’intensité de l’exercice de type CED (Travaux de thèse Reguème, 2007, 2008). La mise en évidence de la présence de facilitation ou d’inhibition de l’activation centrale et/ou réflexe suggère une intégration sensorimotrice des informations relatives à l’état du muscle (selon son niveau de fatigue) et des contraintes de la tâche (maximale vs. sous-maximale). Ces travaux ont par ailleurs souligné la persistance sur 2 jours d’une mauvaise estimation et/ou compensation des déficits fonctionnels (altération des sens de la position et du mouvement) ainsi qu’une absence de compensation contralatérale d’une fatigue musculaire ipsilatérale. Les conséquences de tels déficits perceptivo-moteurs pourraient s’avérer critiques lorsque la douleur disparaît précocement par rapport au retour à l’intégrité structurale et fonctionnelle. Cela nous a conduit à examiner les stratégies neuromusculaires adoptées dans une tâche plus contraignante d’impact supra-maximal. Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec le Neuromuscular Research Center, Department of Biology of Physical Activity, University of Jyväskylä (Jyväskylä, Finland. Prof. P KOMI et J. AVELA). Ils démontrent l’influence du niveau de force pré-impact sur la réponse du réflexe d’étirement lors de la phase de freinage post-impact et les ajustements spécifiques de la stratégie neuromusculaire aux caractéristiques de la tâche (Galindo et al. 2009ab). Les protocoles de recherche en cours se sont enrichis des techniques actuelles d’investigation de la fatigue centrale (stimulation magnétique transcrânienne) qui permettent d’approfondir les mécanismes sous-jacents des inhibitions centrales et réflexes qui caractérisent la phase retardée de la récupération des exercices de types CED.

La scoliose idiopathique de l’adolescente (SIA)

Le rachis scoliotique a longtemps été étudié par les (bio) mécaniciens sous son aspect géométrie structurelle permettant le développement de modèles en éléments finis souvent très précis mais n’incluant pas l’action des muscles. La scoliose idiopathique de l’adolescence (SIA), caractérisée par une modification morphologique du tronc, induit une redistribution des masses qui sous-tend l’existence de nouvelles stratégies dynamiques lors de la régulation posturale. Nous avons développé une collaboration avec les services hospitaliers de Saint-Etienne (Hôpital Bellevue) et de Marseille (Hôpital de la Timone) et également avec l’Ecole Polytechnique de Montréal afin de comprendre comment la déformation de la géométrie du rachis est compensée par le patient pour produire un mouvement. Nous avons manipulé l’amplitude et la direction du mouvement ainsi que la stabilité initiale du support pour étudier les déterminants biomécaniques de la régulation posturale. La gestion des forces produites met en évidence un effet massif de la dominance segmentaire en lien avec la courbure du rachis (concavité/convexité). Nos résultats devraient pouvoir être insérés dans les modèles EF existants afin de produire une aide a la décision au chirurgien ainsi qu’aux traitements conservateurs.

  Effets du vieillissement sur le système sensorimoteur et cognitif

Lors du vieillissement, le système neuro-musculo-squelettique subit des modifications qui se traduisent, au niveau comportemental, par une détérioration des capacités de mouvement et des capacités cognitives. Ces détériorations ont souvent des répercussions importantes sur la qualité de vie et l’estime de soi des personnes. Les travaux que nous avons réalisé portent : 1) sur l’identification de marqueurs communs au vieillissement cognitif et sensorimoteur et 2) sur l’effet de la supplémentation sensorielle haptique pour améliorer la stabilité posturale et locomotrice grâce à l’utilisation d’un canne « informationnelle ».

Marqueurs neuro-comportementaux du vieillissement cognitif et sensorimoteur.

Les travaux visent à étudier l’existence phénomènes comportementaux communs aux deux domaines (cognition et sensorimotricité). Trois phénomènes communs sont plus particulièrement étudiés : 1) le ralentissement général des réponses, 2) l’augmentation de la variabilité des réponses comportementales et 3) la modification de la structure de la variabilité individuelle des réponses (complexité). Pour cela, nous comparons les performances observées dans les tâches cognitives (tâche de Hick) et les tâches sensorimotrices (tâche de Fitts). Les premiers résultats suggèrent qu’il existe des phénomènes comportementaux communs dans les deux tâches. Cela suggère qu’il existe des causes communes qui sous-tendent les relations de plus en plus étroites, au cours de l’âge, entre les performances cognitives et sensorimotrices. Au delà de leur portée fondamentale, ces travaux devraient permettre d’identifier des variables simples pour l’évaluation des altérations du système neuro-musculo-squelettique associées au veillissement normal et, dans le futur du vieillissement pathologique (e.g. Alzheimer). Ces travaux en cours sont financés par la fondation AXA.

Supplémentation haptique et contrôle postural.

Le vieillissement se traduit par une augmentation des oscillations posturales qui révèlent une altération des mécanismes d’intégration sensorielle qui participent au contrôle de l’équilibre statique et dynamique. Dans ce contexte, la supplémentation des informations sensorielles et notamment haptique permet de réduire les oscillations et ainsi de contribuer à prévention du risque de chute. Il demeure cependant des incertitudes sur la possibilité de délivrer ces informations haptiques grâce à l’utilisation d’une canne « informationnelle », c’est-à-dire qui ne serait pas utilisé comme support mécanique. Les travaux en cours visent à déterminer si et comment cela est possible. Pour cela, nous comparons des sujets âgés présentant ou non des troubles de l’équilibre. Les premiers résultats permettent d’être optimiste quand à la conception et l’utilisation d’une canne « informationnelle » qui stabiliserait les personnes dans les situations posturales statiques et dynamiques. Il reste à étendre ces résultats aux situations locomotrices. Ces travaux pourraient trouver des prolongements dans le domaine des technologies d’assistance au déplacement chez la personne âgée.

 La ré-éducation bilatérale du membre supérieur chez le patient hémiplégique

La plasticité du système neuro-musculaire peut permettre de limiter ou de compenser partiellement les modifications engendrées par la survenue d’un AVC. Dans ce contexte, les travaux entrepris portent sur les thérapies bilatérales utilisées dans la rééducation du membre supérieur chez le patient hémiplégique. Les données disponibles dans la littérature rapportent des résultats contradictoires concernant l’efficacité de ces méthodes. Selon notre hypothèse, cela pourrait provenir du fait que des procédures identiques sont proposées à des patients qui présentent des caractéristiques différentes, notamment l’importance des asymétries entre les deux mouvements des deux membres. En nous inspirant de l’approche des systèmes dynamiques non linéaires des coordinations bimanuelles, nous avons exploité les modèles de rupture de symétrie (Fuchs et Jirsa, 2000) pour élaborer des prédictions concernant le comportement des patients hémiplégiques lors de la réalisation de tâches bimanuelles. Ce modèle permet de tester la présence de signature du couplage bimanuel pour différents types de patients et donc de prédire dans quelles conditions et pourquoi les thérapies bilatérales pourraient être efficaces. La première étape des travaux consiste à tester le modèle auprès de sujets sains pour lesquels on mime, grâce aux contraintes de la tâche à réaliser, la présence d’asymétries bimanuelles. Le modèle est ensuite testé avec des patients hémiplégiques, avant, pendant et après la rééducation. Après la phase de pré-expérimentation visant à standardiser le protocole, les premiers résultats sont en cours de traitement. Les résultats obtenus à l’issue de ce programme de recherche pourraient servir de base pour l’évaluation des capacités de coordination chez les patients hémiplégiques ainsi que l’élaboration de programmes d’entraînement pour restaurer les fonctions de coordination, contribuant ainsi à l’amélioration de la qualité de vie, de la sécurité et de l’autonomie de ces patients.

HDR C NICOL 2009 - 7.8 Mo