La thématique. Modélisation des systèmes bilogiques complexes

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Andrée St-Laurent
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1 La thématique Thierry Pozzo INSERM ERM 207 Motricité Plasticité Performance, Dysfonctionnement, Vieillissement et Technologies d'optimisation 21 EC (10 PU, 11 MCU) 1 CR 2 PH 2 IATOS 15 doctorants (7 boursiers) 5 ATER 1 post-doctorant Comprendre les processus de plasticité de la fonction motrice. Concevoir de nouvelles techniques de rééducation. Evaluer les incapacités pour améliorer les stratégies diagnostiques, les réduire ou les compenser. Simulateur Mécanique Réaliste : application à la conception d un bras robotique Modélisation des systèmes bilogiques complexes Physiologie Modèles Formels Maquette pour la robotique et la conception de prothèses Simulation numérique par réseaux de neurones formels 1

Evaluer les incapacités pour améliorer les stratégies diagnostiques, les réduire ou les compenser.

2 Improvement of the glenoid and humeral components The shape of the glenoid implant protects the pillar of the scapula Navigation and assisted surgery Navigation permits computer assisted orthopedics surgery : is developed for hip, and knee surgery the classic systems use optic captors : referents captors, tools captors, bone captors 3D Analysis of human and animal movements New tools for astronaut training or patient rehabilitation Quantitative Semiology of motor dysfunction Subject-Environment Interaction Virtual and Augmented Reality 2

use optic captors : referents captors, tools captors, bone captors 3D Analysis of human and animal movements New tools for astronaut

3 Technical applications Le mouvement volontaire perturbe l équilibre et doit être compensé Miniaturization of recording devices for at home evaluation, prevention and diagnosis. JP Martin 1967 Décomposition static vs dynamic : Introduction Le Paradigme " Whole Body Reaching " Description Synergie Axiale (Babinski 1920, Massion 1983) et stabilisation du CM? Prédiction : l inclinaison en avant du tronc sera compensée par un mouvement de la hanche en AR. Pozzo et al. 1998, Stapley et al. 1998, 2000 (Hess 1960) 3

JP Martin 1967 Décomposition static vs dynamic : Introduction Le Paradigme " Whole Body Reaching " Description Synergie Axiale

4 Résultats CM non stabilisé (65% de la BoS). CM de chaque partie projeté en avant. Tout le corps est orienté en avant (pas de compensation par synergie axiale). Stapley et al. (1998,1999) Déplacements du CoP et CoM APA accélèrent le CoM vers la cible Déplacement en % de la longueur du pied CoP Le déplacement avant du CoM est il une conséquence de la tâche? CoM 0 ND1 FD1 ND2 FD2 Le déplacement du CM diminue avec la vitesse d exécution alors que l amplitude du CP augmente. Comme les déplacements du CP reflètent l activité EMG de la cheville, on en conclue que les contraintes d équilibration sont plus grandes quand la distance et la vitesse augmentent (FD2). Experimental Data Simulation 4

200 100 Déplacement en % de la longueur du pied CoP Le déplacement avant du CoM est il une conséquence de la tâche?

5 Coordination Posture-Mouvement Effet de la micropesanteur 1G 0G Trajectoires et profils de vitesse du doigt et du CoM 1G Stratégies différentes : -entre 1G et 0G Sujet 1 Pics de vitesse synchrones - entre les sujets Sujet 2 Sujet 3 Fonctions de corrélation croisée Trajectoires et profils de vitesse du doigt et du CoM 1G 0G Forte corrélation Absence de décalage Doigt Coude et CoM Épaule Pics de vitesse synchrones Oreille Hanche Genou 5

Sujet 2 Sujet 3 Fonctions de corrélation croisée Trajectoires et profils de vitesse du doigt et du CoM 1G 0G

6 Trajectoires et profils de vitesse du doigt et du CoM Fonctions de corrélation croisée 1G 0G 0G Malgré trajectoires différentes Doigt et CoM Coude Épaule Synchronicité préservée Oreille Hanche Genou Contenu du Plan Moteur? Coût Energétique? Le CM? La trajectoire de la main? Le couplage des angles? Approche par modélisation/simulation Lissage de la trajectoire - Déplacements Chaotiques du CM et du CP - Couples articulaires importants - Découplage bras-tronc 6

Coût Energétique? Le CM? La trajectoire de la main? Le couplage des angles?

7 /02/2006 Lissage de la trajectoire: minimisation de la secousse au doigt Minimisation des chgt de couple Traj courbe, mvt des bras pendulaires *minimisation du CoM et CoP * idem stratégie hanche enregistrée 2 cm 100 ms Vérification expérimentale : Effet de la Fatigue NF F 12 CoP Amp cm 6 CoP Apa Normal Fatigue Stabilisation du CM - Trajectoire de la main chaotique. - Découplage bras-tronc Normal Fatigue 7

enregistrée 2 cm 100 ms Vérification expérimentale : Effet de la Fatigue NF F 12 CoP Amp 8 4 0 10 cm 6 CoP

8 Corrélation maximale des angles d élévation Exploitation Gravité Corrélation + Minimum active torque change -Minimisation du CoM avec nombreux ajustements du CoP; -interruption du mvt?? -Stratégie genou; -Trajectoire main idem au modèle bio. CONCLUSION Chez le sujet sain le CM n est pas stabilisé! La trop grande stabilité du CM est peut être un indicateur d altération des Fct d équilibration (vieillissement, fatigue, hypoactivité, lésions centrales...) ; Pour des tâches complexes, l optimisation est composites La modélisation/simulation : un vérificateur d hypothèses indispensable à l approche expérimentale et clinique. 8

La trop grande stabilité du CM est peut être un indicateur d altération des Fct d équilibration (vieillissement, fatigue, hypoactivité, lésions centrales.

9 Exploitation Gravité + Corrélation + Minimum active torque change Minimisation des chgt de couple Stabilisation du CM Formation par la recherche Master (Pro et R) SDV interdisciplinaire mention «Action-cognition, déficiences et technologies de compensation». Master STIC «signal-image, informatique, électronique, automatique» Master SHS, mentions «Ingénierie cognitive des apprentissages en situations professionnelles», «Développement et trouble de l apprentissage», «Analyse du fonctionnement cognitif». ESIREM, dépt. Electronique et Informatique (stages et projets de recherche et développement inter-laboratoires). 9

Master STIC «signal-image, informatique, électronique, automatique» Master SHS, mentions «Ingénierie cognitive des apprentissages en situations

10 Corrélation maximale des angles d élévation 10

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