Potentiels évoqués associés au temps d'occurrence du modèle delta-lognormal pour un mouvement volontaire induit

Comprendre et reproduire le mouvement humain est l'un des objectifs que s'est fixe la communauté scientifique d'aujourd'hui. Pour y arriver, les chercheurs se basent sur deux philosophies : la première consiste à observer et décrire les phénomènes en place grâce a des outils d'observation très performants; la seconde consiste à développer des modèles mathématiques très utilisés pour la représentation des principes qui régissent l'exécution du mouvement. Plamondon, en 1995, représente le profil de vitesse asymétrique par une équation Delta-Lognormale. Son modèle pose que le mouvement s'effectue en trois étapes : préparation - émission d'une commande - exécution de la commande. II prédit également l'instant auquel le Système Nerveux Central émet la commande - ce temps est appelé temps d'occurrence. L'objectif de ce mémoire est de vérifier expérimentalement cette prédiction. Pour atteindre cet objectif, nous avons utilisé une des techniques d'observation du mouvement humain: l'électroencéphalographie. Nous présentons dans un premier temps le modèle Delta-Lognormal à travers ses hypothèses, ses paramètres et ses prédictions. Nous décrivons ensuite la technique des potentiels évoqués, qui est la dérivée de l'électroencéphalographie que nous avons utilisée dans le cadre de cette recherche. La réalisation d'une expérience nécessite une planification et l'exécution d'un protocole expérimental. Dans notre cas, nous avons choisi de demander à des sujets d'effectuer des traits rapides de crayon sur une tablette à numériser pendant qu'on enregistre leur électroencéphalogramme au moyen d'électrodes placées sur leur crane. Les sujets doivent réagir à deux types de stimuli: les stimuli visuels et les stimuli auditifs. À partir des données brutes recueillies, nous avons extrait les paramètres du modèle Delta-Lognormal notamment les temps d'occurrence. Nous avons également déduit les potentiels évoqués associés. De l'analyse de ces potentiels, nous avons observé une composante positive des potentiels évoqués issus des essais a stimuli visuels dont le temps de latence est statistiquement identique au temps d'occurrence. II en ressort donc qu'il existe une activité électrique, caractérisée par une composante positive des potentiels évoqués issus des essais a stimuli visuels, qui se produit à l'instant prédit par le modèle Delta-Lognormal comme étant le temps d'occurrence. En d'autres termes, nous avons montré que la prédiction du temps d'occurrence est justifiée. Nous avons également essayé d'associer les diverses électrodes a des zones correspondant aux trois étapes de la production du mouvement. Par ailleurs, nous avons utilisé le temps d'occurrence pour analyser les signaux électroencéphalographiques. Cette opération nous a permis d'observer une composante négative pour les potentiels évoqués issus des stimuli auditifs, alors qu'on n'observait rien dans la première partie de l'analyse. La confirmation de la prédiction du temps d'occurrence permet d'utiliser ce paramètre pour améliorer le traitement des signaux comme ce fut le cas dans cette recherche. On peut également approfondir l'étude de la composante associée au temps d'occurrence notamment examiner l'impact de diverses maladies sur la valeur du temps de latence et de l'amplitude. De telles études peuvent aboutir à l'établissement d'outils de diagnostic utilisant le modèle Delta-Lognormal comme principe de base.

Abstract

Understanding and reproducing human movements is one of the assert goals of the scientific community. To reach this goal, researchers use two main philosophies: the first one is to observe and describe the mechanisms applied during the production of the movement using sophisticated devices or techniques; the second one is to develop mathematical models to replicate the movement. In 1995, Plamondon represents the asymmetric velocity profile by a DeltaLognormal equation. In his model, he supposes that the movement is executed in three phases: preparation - emission of a command - execution of the command. He also predicts the instant when the Central Nervous System emits the command. This instant is called the occurring time. The goal of this dissertation is to verify this prediction. To reach this goal, we used the electroencephalography technique. In first hand, we present the Delta-Lognormal model through his hypothesis, his parameters and his predictions. Then, we describe the evoked potentials techniques, which is the derivate of the electroencephalography used during this research. The fulfilment of an experiment needs a good planning and the execution of an experimental protocol. In our case, we chose to ask our subjects to draw quick line with a pencil on a numeric plate while we register their electroencephalograms using electrodes placed on their head. The subjects have to react after identifying two types of stimuli: visual ones and audible ones. With the data acquired, we extracted the parameters of the Delta-Lognormal model, particularly the occurring time. Additionally, we deduced the associated evoked potentials. From the analysis of these data, we found a positive component in the evoked potentials deduced from the trials using the visual stimuli. The latency of this component has been proved to be statistically identical to the occurring time. We, then, concluded that there's an electrical activity in the brain occurring at the exact time predicted by the Delta-Lognormal model as the moment when the Central Nervous System emits his command. In other words, we showed that the prediction of the occurring time of the Delta-Lognormal model is true. We, then, tried to associate each electrode with a zone corresponding to one of the three steps of the production of the movement. Furthermore, we used the occurring time to analyse the electroencephalographic signals. This operation allowed us to observe a negative component in the evoked potentials deduced from the trials using the audible stimuli. We have to mention that this component was not visible in the first part of the analysis. The confirmation of the prediction of the occurring time allows us to use this parameter to ameliorate the signal treatment as it was the case in this research. We can, as well, deepen the study of the positive component associated to the occurring time, by looking at the impact of diverse kinds of illness on the value of his latency or his amplitude. Such works can lead to the establishment of diagnosis devices using the Delta-Lognormal model as reference.-----------CONTENU Théorie cinématique : modèle Delta-Lognormal -- Contrôle moteur : des muscles à la cinématique -- Hypothèses du modèle Delta-Lognormal -- Modèle Delta-Lognormal -- Interprétation des paramètres -- Extraction des paramètres -- Électroencéphalographie : potentiels évoqués -- Expérience de vérification du temps d'occurrence : matériel et méthodes -- Sujets -- Enregistrement des profils de vitesse -- Enregistrement des électroencéphalogrammes -- Synchronisation des signaux EEG et du profil de vitesse -- Design de l'expérience Procédure de collecte de données -- Tâches -- Expérience de vérification du temps d'occurrence : analyses -- Extraction des paramètres du modèle Delta-Lognormal -- Potentiels évoqués -- Analyse et discussion des résultats -- Analyse des potentiels évoqués obtenus pour les essais avec stimuli auditifs -- Prédiction du temps d'occurrence -- Hypothèses sur la localisation des différentes étapes de l'exécution d'un mouvement volontaire induit -- Utilisation du temps d'occurrence dans l'analyse des potentiels évoqués -- Nouvelle composante de potentiels évoqués : composante du temps d'occurrence -- Hypothèses sur l'extraction des paramètres.

Mots clés

Potentiels évoqués (Électrophysiologie); Locomotion humaine -- Modèles mathématiques