Life Sciences Université Paris-Saclay

Dans une étude publiée dans Molecular Medicine, coordonnée par l’équipe du Pr Frédéric Charbonnier (UMR-S 1124, Université Paris Cité) et associant le Laboratoire de biologie de l’exercice pour la performance et la santé (LBEPS) (UPSaclay/UEVE/IRBA, Evry), les scientifiques ont étudié l’importance de l’individualisation de la prise en charge physiothérapeutique dans le cadre du diabète de type 2 (DT2). En effet, si l'activité physique est recommandée pour traiter le DT2, ses effets peuvent varier considérablement d’un individu à l’autre sans en connaître les raisons.

Les auteurs ont posé comme postulat que la réponse à l’exercice dépend du statut métabolique musculaire initial, statut très peu étudié dans le cadre des DT2 et de leur pluralité. Pour tester cette hypothèse, la signature métabolique du muscle quadriceps a été déterminée, en utilisant une combinaison de spectroscopie en RMN et de RT-qPCR, dans plusieurs modèles de souris DT2 suivant le sexe, le fond génétique (129S1/SvImJ, C57Bl/6J), et l’étiologie (alimentaire, toxique ou génétique). Trois modèles de souris présentant des signatures métaboliques musculaires uniques ont été identifiés puis soumis à trois programmes différents d’exercice de nage, conçus pour répondre à chaque spécificité métabolique.

De manière intéressante, ce sont bien les exercices de nage dédiés qui induisent des effets optimaux sur la réduction de la résistance à l'insuline, l’amélioration de l'homéostasie du glucose et les capacités sensorimotrices.

Ces travaux montrent que le métabolisme musculaire constitue un élément clef pour la conception d'exercices de précision, avec des implications cliniques certaines. Transférer ces résultats chez l'humain pose le défi de l'analyse individualisée et non invasive du métabolisme musculaire des patients : spectroscopie RMN in vivo ? »

Contact : frederic.charbonnier@u-paris.fr ou olivier.biondi@univ-evry.fr

Si vous poussez la porte de la salle Bernstein au CIAMS, le laboratoire de recherche de la faculté des Sciences du Sport, vous ne penserez pas qu’il se déroule des expérimentations scientifiques lorsque vous verrez des personnes âgées essayer de renverser les cochons de angry birds, de préparer des glaces ou de protéger un troupeau de moutons d’attaques de loup. Et pourtant ! Il s’agit bien d’études interventionnelles en cours sur la plateforme CIAMS / Bernstein qui cherchent à évaluer l’impact de la pratique régulière d’exergames « nouvelle génération » sur les capacités fonctionnelles et cognitives de personnes âgées autonomes.

Qu’est-ce qu’un exergame ? Il s’agit d’un jeu vidéo qui engendre une dépense physique chez le joueur (la wii de chez Nintendo étant le 1er exergame grand public ayant connu un franc succès).

Et depuis 2 ans, le CIAMS est équipé d’une nouvelle génération d’exergames, à savoir un mur immersif et interactif, qui propose des jeux vidéo auxquels on peut jouer en lançant des ballons ou en allant toucher le mur. Cet outil, très bien accepté par ses pratiquants, permet une immersion multisensorielle, engendre des stimulations physiques, motrices, cognitives et sociales, en proposant des situations d’opposition/coopération riches et variées. Sa pratique régulière en séance collective (2 fois 1 heure par semaine pendant 3 mois) a déjà montré sur des personnes âgées des améliorations significatives de leurs capacités cardiovasculaires, leur force, leur souplesse, et leurs fonctions exécutives (fonctions déterminantes dans les activités de la vie quotidienne). En savoir plus ? Beraud-Peigné et al., GeroScience 2023. Plusieurs projets sont en cours pour évaluer l’impact de cet outil sur d’autres profils de public comme les personnes atteintes de troubles du spectre autistique ou des enfants nécessitant une rééducation motrice.

Enfin, en juin 2022, CIAMS / Bernstein publiait son premier FOCUS PLATEFORME … Redécouvrez- le en cliquant ici. Aussi, en octobre 2022, la plateforme publiait son deuxième FOCUS PLATEFORME … Redécouvrez- le également en cliquant ici.

Contact : neva.beraud-peigne@universite-paris-saclay.fr / alexandra.perrot@universite-paris-saclay.fr / pauline.maillot@u-paris.fr

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CIAMS / Plateforme Bernstein. La plateforme permet l'analyse du mouvement aux niveaux cinématique, dynamique et életromyographique (EMG). Les outils dédiés à cette plateforme sont : un exosquelette actif de membre supérieur (4 degrés de liberté : épaule et coude, Haption), un système optoélectronique (Qualisys) et des capteurs de force (3 axes et 6 axes). D'autres outils de mesure ambulatoire peuvent être utilisés : électrogoniomètres (Biometrics), centrales inertielles (XSens), systèmes EMG (Biometrics, Cometa, Delsys), plateforme de podométrie et posturographie (Fusyo), cellules optiques (Optogait), isocinétisme (Biodex), tapis à capteurs de pression (Tekscan), tapis roulant.

A propos du CIAMS. Le CIAMS est un laboratoire multidisciplinaire (SDV et SHS) en sciences du mouvement et facteurs humains. Il contribue notamment au réseau Neurosciences, Mouvement, Handicap des unités de recherche en Sciences de la Vie de l'Université Paris-Saclay. Le CIAMS est un membre fondateur de la Fédération Demenÿ-Vaucanson (FéDeV), une Structure Fédérative de Recherche impliquant une quinzaine d’unités de recherche, dont la mission est de structurer la communauté scientifique de Paris-Saclay dans le domaine des sciences du mouvement.

Dans deux articles publiés successivement dans Games for Health Journal puis GeroScience, les scientifiques des laboratoires Complexité, innovation, activités motrices et sportives - CIAMS (Université Paris-Saclay, Université d’Orléans) et I3SP (Paris Cité) se sont attachés à comprendre les effets physiques et cognitifs de la pratique d’une nouvelle génération de jeux vidéo actifs auprès des plus de 60 ans. Assistés par un mur immersif et interactif, ces exergames représentent des leviers plaisants et prometteurs sur lesquels s’appuyer pour améliorer les capacités physiques et cognitives des personnes âgées.

« Bien vieillir » n’a jamais été autant à l’ordre du jour que ces dernières décennies. La population mondiale étant en constante augmentation, la prévention des effets délétères du vieillissement, notamment cognitifs et physiques, représente une importance capitale. La piste explorée par Pauline Maillot, Alexandra Perrot et Néva Béraud-Peigné concerne une nouvelle génération d’exergames qui offre une stimulation physique et cognitive combinée, plus grande, plus immersive et plus sociale que la 1ère génération, à savoir la Nintendo Wii ou la Xbox Kinect.

Par ailleurs, les exergames assistés par un mur immersif et interactif (EM2I) n’ayant jamais fait l’objet de recherche auprès de personnes âgées, une étude préliminaire a été menée sur une unique séance, montrant qu’ils généraient une expérience utilisateur positive, un plaisir perçu élevé, une charge de travail adéquate ainsi qu’une sollicitation physique en accord avec les recommandations internationales. Suite à ces résultats encourageants, l’équipe a conduit une seconde étude auprès de 34 seniors inactifs en bonne santé afin de mesurer les effets physiques et cognitifs d’un programme de 3 mois basé sur ce nouvel outil, comparativement à un programme conventionnel d’activité physique, comportant marche et renforcement musculaire.

Le programme EM2I a eu des effets bénéfiques sur un large éventail de fonctions physiques, comparables à ceux du programme conventionnel d'activité physique. Sur le plan cognitif, alors que le groupe conventionnel d’activité physique a affiché uniquement une meilleure mémoire visuospatiale à court terme, celui ayant suivi un programme d’EM2I a bénéficié d’une amélioration de quatre des six fonctions cognitives testées (double-tâche, inhibition, mémoire visuospatiale à court terme et de travail). De plus, le plaisir perçu était plus élevé pour le groupe EM2I que celui ayant suivi un programme classique. Ainsi, les EM2I offrent une solution idéale pour introduire la pratique d'une activité physique régulière dans la vie des adultes âgés initialement inactifs tout en stimulant leurs fonctions cognitives.

Contact : neva.beraud-peigne@universite-paris-saclay.fr ou alexandra.perrot@universite-paris-saclay.fr ou pauline.maillot@u-paris.fr

Dans une étude récente publiée dans Science Advances, des chercheurs du laboratoire Complexité, innovation, activités motrices et sportives (CIAMS - Université Paris-Saclay, Université d’Orléans) de la Faculté des Sciences du Sport de l'université Paris-Saclay et du Laboratoire Universitaire de Recherche en Production Automatisée – LURPA du département de génie mécanique de l'ENS Paris-Saclay, ont étudié le rôle du temps dans l'interaction humain-exosquelette.

Une théorie récente en neurosciences suppose que le cerveau humain pénalise les mouvements trop lents en associant un coût à la durée de l'action (Shadmehr & Ahmed, 2020). Ce coût nous forcerait à nous déplacer avec une certaine vigueur dans les actions de la vie quotidienne, ce qui a conduit à formuler la théorie du "coût du temps" (Berret & Jean, 2016 ; Berret & Baud-Bovy, 2022). Les robots d'assistance tels que les exosquelettes étant souvent plus lents que la vigueur préférée de leurs utilisateurs, notamment pour des raisons de sécurité, cette théorie suggère que les utilisateurs pourraient être enclins à dépenser de l'énergie pour gagner du temps. L'exosquelette pourrait alors induire des effets contraires aux bénéfices escomptés.

Pour tester cette prémisse, un exosquelette robotique a été utilisé afin d'assister un utilisateur lors de mouvements de flexion/extension de l'avant-bras. Les auteurs de l’étude ont d'abord identifié les vitesses naturelles de 12 participants avant d'imposer des trajectoires délibérément plus lentes à l'aide de l'exosquelette. Les participants décidaient alors de produire des efforts importants pour gagner du temps vers le haut quand bien même la tâche pouvait être réalisée en laissant l'exosquelette fournir tout le travail. Vers le bas, les participants laissaient la gravité se charger de l'effort pour gagner du temps.

Ces résultats et des simulations basées sur le contrôle optimal ont mis en évidence une minimisation d'un compromis entre durée de mouvement et dépense énergétique associée. Cette étude suggère d'accorder une attention particulière à la vitesse de l'assistance apportée par les exosquelettes pour améliorer leur efficacité ainsi que leur acceptabilité.

Ces travaux ont bénéficié du soutien des projets ANR EXOMAN (ANR-19-CE33-0009) et BasalCost (ANR-22-CE37-0010)."

Légende Figure : A. Photographie d'un participant dans l'exosquelette. B. Résultats obtenus en terme de durée relative des mouvements (MD). La courbe bleue représente la durée des trajectoires planifiées par l'exosquelette dans les différentes conditions. La courbe rouge représente la durée naturelle des participants sans assistance. La courbe verte ombragée représente les durées moyennes et l'écart-type associé, choisis par les participants avec des assistances correspondant à 100%, 200%, 400% et 600% de leur durée préférée. La courbe noire représente les prédictions d'un modèle de contrôle optimal minimisant un coût du temps et un coût énergétique.

Contact : dorian.verdel@universite-paris-saclay.fr

La plateforme d'analyse du mouvement du CIAMS (Complexité, Innovation, Activités Motrices et Sportives) est située dans les locaux de l'hôpital Paul-Brousse à Villejuif, et a pour objectif de développer des travaux de recherche appliqués au champ de la santé, en utilisant des outils de mesures et des concepts relevant de la biomécanique et de la neurophysiologie. Les espaces rénovés de plus de 150 m² accueillent une vaste salle d'expérimentation, divisée en 5 espaces modulaires dédiés à différents types d'expérimentations: i) un espace posture équipé d'une plateforme de force de 60 cm x 60 cm et d'un dispositif d'inclinaison de la surface d'appui au sol ; ii) un espace mouvement équipe d'une plateforme de 60 cm x 120 cm et dédié à l'étude de tâches simples (transfert assis/debout, pointage) ; iii) un espace locomotion destiné à l'étude de la marche et équipé d'une plateforme de très grande dimension (180 cm x 90 cm) ; iv) un espace musique équipé d'un piano numérise et d'un système de sonorisation, et qui vise à étudier l'effet stimulation sonores sur le mouvement ; et v) un espace clinique géré par le service de gérontologie de l'hôpital Paul Brousse.

Une thèse de sciences et deux stages de master sont réalisés sur site, auxquels s'ajoutent deux projets mobilisant conjointement les compétences du laboratoire CIAMS et des services de l'APHP. Le premier vise à évaluer l'effet du traitement par prothèse discale du patient lombalgique chronique sur la capacité posturo-cinétique (collaboration Hôpital Béclère, Pr JC Auregan), tandis que le second s'intéresse à l'effet des surfaces inclinées sur le contrôle postural des patients seniors (collaboration Hôpital Paul Brousse, Pr E Duron). Pour ces projets relevant d'une demande d'agrément auprès du comité de protection des personnes (CPP), l'université Paris-Saclay agira pour la première fois en tant que promoteur (catégorie RIPH3). Il est attendu de ces projets conjoints qu'ils permettent à la fois la validation de modèles du contrôle moteur dans un contexte clinique, et l'émergence de techniques innovantes au service du patient.

Contacts : Jean Jeuvrey (jean.jeuvrey@universite-paris-saclay.fr), Alain Hamaoui (alain.hamaoui@universite-paris-saclay.fr)

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CIAMS / Plateforme Paul Brousse : Fruit d’un partenariat entre l’AP-HP et l’Université Paris-Saclay, cette plateforme associée au CIAMS est localisée à l’hôpital Paul Brousse (Villejuif), avec pour objectif de développer l’analyse du mouvement appliquée à la santé, notamment la marche et la posture chez des sujets sains et pathologiques. Pour se faire, de multiples équipements sont utilisés dont 3 plateformes de forces AMTI ainsi que des électromyographes (EMG) sans fil. Les plateformes forces permettent des analyses fines des forces de réaction sur un espace au sol dépendant de la taille de la plateforme. La plus grande plateforme occupe un espace de 180 cm de long et de 90 cm de large. La plus petite occupe un espace de 60 cm sur 60 cm et est plutôt réservée à l’étude de la posturologie (i.e. les mécanismes de gestion de l’équilibre).

A propos du CIAMS. Le CIAMS est un laboratoire multidisciplinaire (SDV et SHS) en sciences du mouvement et facteurs humains. Il contribue notamment au réseau Neurosciences, Mouvement, Handicap des unités de recherche en Sciences de la Vie de l'Université Paris-Saclay. Le CIAMS est un membre fondateur de la Fédération Demenÿ-Vaucanson (FéDeV), une Structure Fédérative de Recherche impliquant une quinzaine d’unités de recherche, dont la mission est de structurer la communauté scientifique de Paris-Saclay dans le domaine des sciences du mouvement.

La vie quotidienne requiert des interactions avec l’environnement, par exemple s’arrêter au feu rouge, ou saisir une tasse chaude par l’anse plutôt que par le bol. Nos décisions par rapport à des événements extérieurs dépendent non seulement de l’événement lui-même, mais aussi d’une multitude de facteurs internes (état de fatigue, a priori, expérience passée). Les neurosciences computationnelles ont formalisé ce type de prise de décision comme l’accumulation de preuve en faveur d’une alternative plutôt qu’une autre jusqu’à un seuil. Or, les modèles de décision existants considèrent les facteurs internes comme du bruit. Pourtant, ce sont eux qui expliquent pourquoi notre réaction à un même événement varie d’une stimulation à l’autre. Par exemple, la fatigue entraîne plus d’erreurs de jugement, et les a prioris des réponses plus rapides quand les entrées sensorielles sont en accord avec ces biais.

Dans le cadre d’une collaboration entre le laboratoire CIAMS (Complexité, innovation, activités motrices et sportives), au Laboratoire interdisciplinaire des sciences du numérique (LISN - Univ. Paris-Saclay, CNRS, CentraleSupélec, Inria), le Max-Planck Institute for the Physics of Complex Systems et la Brandenburg University of Technology Cottbus, les chercheurs ont élaboré un modèle non-linéaire de prise de décision, le nl-DDM, qui permet la prise en compte de ces effets endogènes sur la prise de décision. En particulier, ils ont montré que leur modèle décrit les données comportementales en prenant en compte les états de fatigue mieux que le modèle de diffusion de la décision (Diffusion-Decision Model, DDM), le plus utilisé à l’heure actuelle. A terme, le nl-DDM permettra une meilleure compréhension des mécanismes de la décision perceptive, et l’élaboration de théories de la prise de décision plus complètes.

Leur étude a été publiée dans Scientific Reports.

Légende Figure : présentation du nl-DDM. A gauche : l’accumulation de preuve commence à partir d’un point de départ contenu dans l’intervalle SP (de largeur 2 et de centre ), jusqu’à ce qu’une borne  soit atteinte. Les distributions des temps de réponses correctes et incorrectes sont représentées par les densités de probabilités. Des trajectoires possibles de l’accumulation de preuve sont représentées en bleu. Les trajectoires en l’absence de bruit sont représentées sur la figure de droite : les bornes  agissent comme des attracteurs, et un point intermédiaire  permet de déterminer, en l’absence de bruit, vers quelle borne une trajectoire convergera, étant donné son point de départ.

Contact : isabelle.hoxha@universite-paris-saclay.fr ou michel-ange.amorim@universite-paris-saclay.fr

Un tout nouvel équipement vient de se mettre en place sur la plateforme de recherche Hill du CIAMS (CIAMS / Plateforme Hill) : Une tente d’hypoxie (ou chambre d’altitude) associée au système Alti i6 altitude generator (Altipeak™ International Ltd, Dublin, Irlande).

Mais pourquoi faire ? Un tel dispositif permet de simuler une altitude comprise entre 1700 mètres et 4500 mètres. Dans la réalité, une situation hypoxique induite par l’altitude (e.g., en montagne) est causée par une baisse de pression barométrique environnementale créant ainsi une moindre présence d’oxygène (O2) dans un même volume d’air. Avec la tente à hypoxie (ou chambre d’altitude), l’altitude est créée artificiellement via une extraction des molécules d’oxygène dans l’air, sans modifier la pression barométrique. Dans les deux cas (i.e., baisse de pression atmosphérique ou extraction de l’O2 de manière artificielle), une exposition dans un environnement hypoxique engendre une diminution de l’apport en oxygène dans les tissus. Des adaptations physiologiques à court terme, moyen terme et long terme vont pouvoir être observées (e.g., stimulation de l’hématopoïèse et donc la création de cellules sanguines).

L’entraînement à hypoxie est très populaire dans le haut niveau. Aussi, des TP sont déjà mis en place afin de permettre aux étudiants du Master STAPS / EOPS de mieux appréhender ses effets mais aussi les modalités d’utilisation. Il existe également des recherches sur l’optimisation de la performance avec un entrainement en hypoxie.

Contacts : Marie Gernigon (marie.gernigon@universite-paris-saclay.fr) et Jean Jeuvrey (jean.jeuvrey@universite-paris-saclay.fr)

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CIAMS / Plateforme Hill. Les activités de la plateforme Hill du CIAMS (EA 45 32) s'intéressent à l'évaluation de la performance et au développement des qualités physiques chez le participant entraîné, sédentaire ou en situation de handicap. Cette plateforme a pour vocation l'exploration des réponses cardio-vasculaires et respiratoire à l'effort ainsi que le développement de méthodes et outils d'analyse dans le domaine de l'entraînement, de la réathlétisation et/ou de l'activité physique adaptée. De plus, la plateforme CIAMS / Plateforme Hill permet l’évaluation de l’aptitude physique de personnes entraînées et d’émettre des conseils d’aide à l’optimisation de l’entraînement.

A propos du CIAMS. Le CIAMS est un laboratoire multidisciplinaire (SDV et SHS) en sciences du mouvement et facteurs humains. Il contribue notamment au réseau Neurosciences, Mouvement, Handicap des unités de recherche en Sciences de la Vie de l'Université Paris-Saclay. Le CIAMS est un membre fondateur de la Fédération Demenÿ-Vaucanson (FéDeV), une Structure Fédérative de Recherche impliquant une quinzaine d’unités de recherche, dont la mission est de structurer la communauté scientifique de Paris-Saclay dans le domaine des sciences du mouvement.

Dans une étude publiée dans Scientific Reports, Laurent Stubbe, Nicolas Houel et François Cottin (CIAMS EA 4532 UPSaclay, Orsay ; ESO-Paris ; PSMS Université de Reims) présentent une étude qui compare la précision et la fiabilité de trois dispositifs non invasifs pour mesurer les fréquences ventilatoires : un système de pléthysmographie optoélectronique (OEP), un dispositif d'électrocardiographie (ECG) et un spiromètre.

Les résultats de l’étude montrent que les fréquences ventilatoires estimées à partir d'un système OEP ou à partir d'un ECG peuvent être utilisées de manière interchangeable avec une très faible limite d'accord et un biais inférieur à 0,4% par rapport au spiromètre standard. Le système OEP facilite les mesures de la fréquence ventilatoire et offre une analyse complète du volume thoracique qui peut être facilement associée à l'analyse de la fréquence cardiaque sans aucun processus de synchronisation.

A l'instar de l'ECG et de l'analyse de l'intervalle RR, l'OEP ouvre la voie à de nouvelles solutions de monitoring associées à des applications cliniques spécifiques. Le caractère non invasif du dispositif cinématique est une caractéristique particulièrement intéressante pour les soins intensifs et les soins aux prématurés pour lesquels la surveillance de la fréquence ventilatoire sans embout buccal est requise.

Légende Figure : 4 spectres obtenus par analyse spectrale (FFT). Les pics de fréquence ventilatoire (fv) et cardiaque (fc) sont notées sur chacun des panneaux.

Contact : laurent.stubbe@universite-paris-saclay.fr

CIAMS / plateforme Bernstein est l’une des cinq plateformes technologiques opérées par le laboratoire Complexité, Innovations, Activités Motrices et Sportives (CIAMS – Université Paris-Saclay et Université d’Orléans). Un de ses objectifs ? Améliorer nos connaissances sur l’interaction humain-exosquelette.

L’utilisation des exosquelettes est prometteuse dans les champs de l’ergonomie et de la santé, que ce soit pour prévenir les troubles musculo-squelettiques chez le travailleur ou pour compenser les déficits moteurs chez certains patients. En particulier, les exosquelettes actifs (c’est-à-dire motorisés) peuvent fournir un moyen d’assister les mouvements d’un utilisateur avec tous les avantages offerts par la robotique : répétabilité, précision et adaptabilité.

La plateforme héberge un robot exosquelette du membre supérieur nommé ABLE présentant un intérêt pour toutes les applications d’assistance liées à la manipulation d’objets et au port de charge, que ce soit dans un contexte clinique ou industriel. Au-delà des défis technologiques inhérents à ce type d’appareil (actionneurs, poids élevé, source d’énergie…), un problème fondamental qui limite encore l’usage des exosquelettes actifs sur le terrain est lié à notre manque de compréhension du contrôle moteur humain. En effet, être capable de mieux anticiper l’intention de l’utilisateur et de prédire son comportement moteur est nécessaire pour développer des lois de contrôle efficientes et génériques. Mieux comprendre comment et pourquoi l’humain adapte ses mouvements lorsqu’il porte un exosquelette actif de membre supérieur s’inscrit donc dans une boucle vertueuse qui débouchera à terme sur des exosquelettes plus utiles et plus intuitifs pour l’utilisateur.

Ces travaux sont actuellement développés au sein du projet EXOMAN, financé par l’ANR et coordonné par le professeur Bastien Berret. Ils ont déjà donné lieu à plusieurs publications qui traitent à la fois de questions fondamentales en sciences du mouvement humain et de questions appliquées à l’ergonomie et à la commande des exosquelettes. En savoir plus ? Verdel et al., Frontiers in Bioengineering and Biotechnology 2021, Verdel et al., Robotica 2021.

Contacts : Bastien Berret (bastien.berret@universite-paris-saclay.fr) ; Nicolas Vignais (nicolas.vignais@universite-paris-saclay.fr) ; Caroline Teulier (caroline.teulier@universite-paris-saclay.fr) ; Jean Jeuvrey (jean.jeuvrey@universite-paris-saclay.fr)

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CIAMS / plateforme Bernstein. La plateforme permet l’analyse du mouvement aux niveaux cinématique, dynamique et électromyographique (EMG). Les outils dédiés à cette plateforme sont : un exosquelette actif de membre supérieur (4 degrés de liberté : épaule et coude, Haption), un système optoélectronique (Qualisys) et des capteurs de force (3 axes et 6 axes). D'autres outils de mesure ambulatoire peuvent être utilisés : électrogoniomètres (Biometrics), centrales inertielles (XSens), systèmes EMG (Biometrics, Cometa, Delsys), plateforme de podométrie et posturographie (Fusyo), cellules optiques (Optogait), isocinétisme (Biodex), tapis à capteurs de pression (Tekscan), tapis roulant.

A propos du CIAMS. Le CIAMS est un laboratoire multidisciplinaire (SDV et SHS) en sciences du mouvement et facteurs humains. Il contribue notamment au réseau Neurosciences, Mouvement, Handicap des unités de recherche en Sciences de la Vie de l'Université Paris-Saclay. Le CIAMS est un membre fondateur de la Fédération Demenÿ-Vaucanson (FéDeV), une Structure Fédérative de Recherche impliquant une quinzaine d’unités de recherche, dont la mission est de structurer la communauté scientifique de Paris-Saclay dans le domaine des sciences du mouvement.

Expliquer des mois, voire des années de travaux de recherche de thèse de la manière la plus simple, dynamique et divertissante possible en 3 minutes, c’est possible ! Tel est le challenge qu’ont relevé treize doctorants lors de la finale « Ma thèse en 180 secondes » de l’Université Paris-Saclay qui s’est déroulée le 15 mars dans l’amphi Janet du bâtiment Breguet, CentraleSupélec (Gif-sur-Yvette).

Isabelle Hoxha a remporté cette finale et reçu le 1er prix du jury, parmi les treize doctorants issus d’une première sélection, avec sa thèse « Mécanismes neurocognitifs de l'anticipation perceptive dans la prise de décision ». Isabelle Hoxha est doctorante à la Faculté des Sciences du Sport de l'Université Paris-Saclay au Laboratoire Complexité, innovation, activités motrices et sportives - CIAMS  (Univ. Paris-Saclay | Univ. Orléans, Orsay).

Le 2ème prix du jury a été décerné à Olivier Destrian, pour sa thèse « Modélisation multi échelle de l'extrusion de cellules apoptotiques ». Olivier Destrian est doctorant au Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion - EM2C (Univ. Paris-Saclay | CNRS | CentraleSupélec).

Les deux lauréats participeront à la demi-finale nationale du concours qui se déroulera en avril 2022.

Mariya Borovikova, doctorante au Laboratoire Mathématiques et Informatique Appliquées du Génome à l'Environnement  - MaIAGE (Univ. Paris-Saclay | INRAE) a reçu le prix des internautes et du public pour la présentation de sa thèse « Extraction d'informations à partir de données textuelles pour l'épidémiosurveillance en santé végétale ».

Vous pouvez revoir la cérémonie sur YouTube.

Dans la vie de tous les jours, notre cerveau anticipe les conséquences sensorielles de nos actions dans l’environnement, possiblement sur la base de modèles internes (mentaux) de la physique. Dans des sports tels que le curling lorsqu’une pierre de granit poli glisse sur une plaque de glace vers une zone cible, ou lorsqu’un barman glisse un verre sur le comptoir jusqu’à un client, il est crucial d’anticiper l’effet de la friction. Que se passerait-il si subitement la surface était légèrement inclinée au lieu d’être horizontale ? Est-ce que le barman enverrait le verre à la bonne distance ?

Plutôt que d’aller écumer les bars lors d’une troisième mi-temps, des chercheurs ont conçu un dispositif expérimental ad hoc (cf. illustration) qui leur a permis de vérifier l’hypothèse qu’un modèle interne de la friction construit sur la base d’une dizaine de lancers d’un cube sur une surface horizontale pouvait se généraliser après avoir incliné la surface vers le bas (oui) puis vers le haut (moins bien). Par ailleurs, une modélisation biomécanique du mouvement de l’avant-bras et de la main a mis en évidence que la régulation du geste est une fonction linéaire de la quantité d’énergie cinétique à l’impact nécessaire pour conférer au cube la vitesse optimale correspondant aux différentes contraintes de tâche.

Cette étude, publiée dans PloS One, résulte d’une collaboration scientifique entre le CIAMS (UPSaclay/Université d’Orléans, Orsay) et le LISN (ex-LIMSI, CNRS/INRIA/CentraleSupélec/UPSaclay), dans le cadre de la FéDeV, ainsi qu’avec le LIASD (Université Paris 8).

Contact :  michel-ange.amorim@universite-paris-saclay.fr

Elodie Hinnekens (CIAMS, Faculté des Sciences du Sport, UPSaclay, Orsay) a obtenu le prix jeune chercheur lors du 19ème congrès international de l'ACAPS (27-29 octobre à Montpellier).  La communication orale était intitulée "Longitudinal investigation of the evolution of modularity from birth to independent walking"

Elodie Hinnekens a déjà obtenu le prix jeunes talent L'Oréal-UNESCO il y a quelques mois (voire notre précédente info).

Contact : elodie.hinnekens@universite-paris-saclay.fr

Les avancées technologiques en réalité virtuelle - avec notamment le développement de personnages capables d’exprimer des émotions et d’interagir avec autrui - permettent d’investiguer les processus au fondement des interactions sociales d’une façon plus écologique. Ces dispositifs constituent des paradigmes de recherche exceptionnels pour les neurosciences affectives car la dimension dynamique d’une interaction sociale peut être conservée (ce qui n’est pas possible avec des paradigmes classiques de type images, vidéos), tout en répondant aux exigences de standardisation d’un paradigme expérimental (ce qui est difficile avec des interactions humain-humain). Il est néanmoins nécessaire d’améliorer le réalisme du personnage pour rendre son émotion crédible (ou authentique) et qu’on ne le perçoit pas simplement comme un simple programme informatique.

Les chercheurs du CIAMS (UPSaclay, Orsay et Université d’Orléans) s’intéressent particulièrement à un élément d’animation : les mouvements « silencieux » (idle en anglais) qui renvoient à des mouvements à priori non-communicatifs (porteurs d’informations sur l’intention ou l’état mental de notre interlocuteur), tels que les clignements des yeux, de légères oscillations de la tête ou du tronc en lien avec l’équilibre du corps ou la respiration. Ces paramètres sont généralement implémentés par défaut car déterminants pour ‘donner vie’ au personnage et augmenter son niveau de réalisme comportemental. Chose surprenante, leur évaluation est loin d’être systématique, et rares sont les auteurs qui ont examiné leur influence sur l’expressivité du personnage virtuel.

Les résultats de ces travaux parus dans Scientific Reports montrent qu’en implémentant sur le personnage des mouvements biologiques liés à l’équilibration dynamique chez l’humain (oscillations posturales), l’empathie pour son expression de douleur augmente significativement.

Légende Figure : À gauche : le personnage virtuel utilisé les travaux avec une expression neutre. À droite : le personnage exprimant de la douleur

Contact : aurore.meugnot@universite-paris-saclay.fr

Lire l’article dans The Conversation par François Chiron, Doctorant en Sciences du sport et du mouvement humain , Université Paris-Saclay, au Laboratoire de biologie de l’exercice pour la performance et la santé (LBEPS) (UPSaclay/UEVE/IRBA, Evry).

Contact : francois.chiron@athle.fr

L’apprentissage d’une nouvelle habileté motrice requiert sa pratique physique répétée. Toutefois, il n’est pas rare de débuter un apprentissage en observant une personne réaliser le geste (observation d’action), voire en s’imaginant le réaliser au préalable (imagerie motrice). En effet, il a été largement démontré que la pratique par observation d’action ou par imagerie motrice peuvent jouer un rôle dans le processus d’apprentissage moteur. En outre, l’apprentissage d’une nouvelle habileté motrice repose également sur des mécanismes de mémorisation liés au sommeil. Ce processus dit de « consolidation » de l’habileté serait tributaire de la réactivation spontanée pendant le sommeil de réseaux neuronaux activés lors de la phase d’apprentissage. Des ondes cérébrales au rythme rapide générées par le thalamus, appelées fuseaux du sommeil, reflètent ces réactivations successives pendant le sommeil.

Alors que le sommeil a été étudié dans la consolidation des apprentissages moteurs acquis par la pratique physique réelle, une étude parue dans iScience et réalisée au sein du laboratoire Complexité, innovation, activités motrices et sportives - CIAMS (Université Paris-Saclay, Université d’Orléans, Orsay) s’intéresse aux mécanismes de ceux acquis par observation d’action et imagerie motrice. Les résultats révèlent une similitude dans l’organisation temporelle des fuseaux du sommeil lors du processus de consolidation, que l’habileté motrice ait été apprise par pratique physique, observation d’action ou imagerie motrice. Néanmoins, les résultats indiquent aussi que cette consolidation repose sur la réactivation simultanée et synchrone des régions cérébrales activées lors de la phase d’apprentissage, et donc spécifiques à chaque condition d’apprentissage.

Cette étude offre des débouchés théoriques et cliniques, notamment pour la neuro-réhabilitation de patients présentant des déficits moteurs.

Légende Figure : Illustration des réactivations successives de la mémoire en lien avec l’organisation temporelle des fuseaux du sommeil (sleep spindles), mis en évidence par le biais d’enregistrements électroencéphalographiques au cours d’une sieste, et des effets de ces réactivations sur la consolidation et la généralisation des apprentissages moteurs en fonction des conditions d’apprentissage (pratique physique [PP], imagerie motrice [MI] et observation d’action [AO]).

Contact : arnaud.boutin@universite-paris-saclay.fr

La plateforme Penfield (ou plateforme d'imagerie du cerveau humain à très haute résolution temporelle par électroencéphalographie (EEG)) est l’une des 6 plateformes opérées par le CIAMS (laboratoire « Complexité, Innovation, Activités Motrices et Sportives »). Située à la Faculté des Sciences du Sport de l'Université Paris-Saclay (Campus d’Orsay), cette plateforme est régulièrement utilisée pour des projets de recherche s’inscrivant dans le domaine des neurosciences cognitives, comportementales et affectives. Elle vient particulièrement en support de deux champs d’investigations scientifiques actuellement développés au sein de l’équipe « Mouvement Humain, Adaptation et Performance Sportive » (MHAPS) du laboratoire. Le 1er axe de recherche a pour objectif d’identifier les déterminants d’une interaction naturelle avec un personnage virtuel (avatar) exprimant des émotions. Nos travaux s’intéressent au rôle de mouvements neutres (non communicatifs, telles que des oscillations posturales liées à l’équilibration humaine) pour améliorer le réalisme comportemental de personnages virtuels et rendre l’expression de leurs émotions plus crédible. De récents résultats de notre équipe révèlent que ces animations augmentent de façon significative la réaction affective face à un personnage exprimant de la douleur. Le 2ème axe de recherche vise à étudier les bases neuro-fonctionnelles du mouvement humain et de la plasticité sensorimotrice. Nos travaux s’intéressent notamment au rôle du sommeil dans le processus de consolidation de la mémoire, ainsi qu’aux effets d’une restriction sensorielle temporaire (i.e., immobilisation d’un membre) sur la plasticité cérébrale et la cohérence cortico-musculaire (couplage oscillatoire entre l’activité corticale et l’activité musculaire).

Retour sur une publication récente (Treal et al., Heliyon 2023) mettant en valeur les équipements et expertises de la plateforme. Cette étude vise à mieux comprendre l’effet des mouvements neutres (i.e. oscillations posturales humaines) visant à rendre plus ‘vivant’ le personnage virtuel sur les corrélats cérébraux associés au traitement de son expression faciale de douleur. Nous avons présenté à 20 jeunes adultes (13 hommes et 7 femmes, âge moyen : 23 ans) des vidéos montrant un personnage virtuel avec une expression faciale de douleur. Dans une condition, le corps du personnage n’était pas animé (« condition figée ») et dans une autre condition, nous avons ajouté des oscillations posturales issues d’une capture de mouvement humain (« condition oscillations »). Dans cette étude les participants devaient juger l’intensité de la douleur exprimée par le personnage virtuel. Nous avons également enregistré la réponse cérébrale associée à la perception et au jugement de l’expression douloureuse au moyen de l’EEG. Nos résultats indiquent que les participants perçoivent l’expression faciale de douleur du personnage virtuel significativement plus intense en présence des oscillations biologiques du corps par rapport à la condition où il est « figé ». Surtout, l’amplitude de la réponse cérébrale associée à la réponse empathique suscitée par l’expression faciale de douleur du personnage est également significativement plus forte dans la condition « oscillations » par rapport à la condition « figée ». Cette étude démontre l’importance de prendre en compte ces éléments d’animation lors de l’utilisation de paradigmes expérimentaux s’appuyant sur la réalité virtuelle en neurosciences affectives et cognitives.

Contacts : Aurore Meugnot (aurore.meugnot@universite-paris-saclay.fr); Arnaud Boutin (arnaud.boutin@universite-paris-saclay.fr); Jean Jeuvrey (jean.jeuvrey@universite-paris-saclay.fr).

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CIAMS / Plateforme Penfield. Plateforme d'imagerie du cerveau humain à très haute résolution temporelle par électroencéphalographie (EEG). La plateforme EEG est utilisée à des fins de recherche fondamentale et appliquée en neurosciences cognitives et comportementales chez l'homme adulte sain. L'enregistrement du signal EEG peut également être couplé à des mesures électrophysiologiques (e.g., EMG, activité électrodermale) pour des enregistrements simultanés et complémentaires.

A propos du CIAMS. Le CIAMS est un laboratoire multidisciplinaire (SDV et SHS) en sciences du mouvement et facteurs humains. Il contribue notamment au réseau Neurosciences, Mouvement, Handicap des unités de recherche en Sciences de la Vie de l'Université Paris-Saclay. Le CIAMS est un membre fondateur de la Fédération Demenÿ-Vaucanson (FéDeV), une Structure Fédérative de Recherche impliquant une quinzaine d’unités de recherche, dont la mission est de structurer la communauté scientifique de Paris-Saclay dans le domaine des sciences du mouvement.

Dans une étude publiée dans eLife, des scientifiques du laboratoire Complexité, innovation, activités motrices et sportives (CIAMS - Université Paris-Saclay, Université d’Orléans) de la Faculté des Sciences du Sport de l'université Paris-Saclay ont étudié comment les bébés pouvaient générer de la variabilité motrice au cours de la première année de vie en combinant un faible nombre de commandes motrices pré-codées, ou primitives, afin de pouvoir enclencher le processus d'exploration motrice nécessaire à tout apprentissage. Dans le cadre de la thèse d'Elodie Hinnekens, ils ont suivi 18 nouveau-nés à la naissance, à trois mois et à l'avènement de la marche autonome, en recueillant à chaque fois les activités électromyographiques de surface des principaux groupes musculaires utilisés lors des mouvements rythmiques produits par l'enfant (qu'ils soient locomoteurs ou non).

Ensuite, en utilisant un modèle de machine learning, les scientifiques ont identifié les primitives sous-tendant ces enregistrements ainsi que leurs paramètres d'activation nécessaires à la génération de chaque mouvement. Ainsi les nouveau-nés, à partir d'un très faible nombre de primitives, génèrent effectivement de la variabilité motrice en activant arbitrairement ces primitives. A l'inverse en grandissant, le nombre de primitives s'accroit alors même que la variabilité motrice diminue en raison d'une activation beaucoup plus stable de ces primitives lors de la répétition de mouvements du même type.

Comprendre le développement de ces primitives et de la variabilité motrice associée permettra de mieux comprendre certaines maladies infantiles (comme la paralysie cérébrale) qui sont très souvent caractérisées par une variabilité motrice plus faible et des mouvements plus stéréotypés. Les outils développés sont prometteurs pour identifier des retards neurodéveloppementaux et guider les thérapies motrices précoces.

Cet article est en lien avec le prix L'Oréal obtenu par Elodie Hinnekens (voir notre précédente info).

Image : crédit : Fondation L'Oréal.

Voir aussi le digest de eLife

Contact : caroline.teulier@université-paris-saclay.fr

Que ressent-on lorsqu’on est coincé au fond de l’océan ? Christine Le Scanff, enseignante-chercheuse à l’université Paris-Saclay, spécialiste du stress, imagine les émotions par lesquelles peuvent passer les cinq passagers du « Titan », parti explorer l’épave du « Titanic » et dont on est sans nouvelles depuis dimanche soir.

Christine Le Scanff est enseignante-chercheuse au laboratoire Complexité, innovation, activités motrices et sportives (CIAMS - Université Paris-Saclay, Université d’Orléans) et directrice de la Graduate School Sport, mouvement, facteurs humains – GS SMFH de l’Université Paris-Saclay.

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Néva Béraud-Peigné (doctorante au laboratoire CIAMS) a remporté le prix de la meilleure communication affichée pour son poster intitulé « L'expérience utilisateur d'une nouvelle génération d'exergames assistés par un mur immersif et interactif chez les seniors », lors des XXIe Journées d’Études Francophones en Activité Physique Adaptée (JEFAPA) organisées par l'UFR STAPS de Nantes du 29 au 31 mars 2023.

Marie Gernigon est enseignante-chercheuse à l’Université Paris-Saclay, maîtresse de conférences au laboratoire Complexité, innovation et activités motrices et sportives (CIAMS – Univ. Paris-Saclay, Univ. d’Orléans) et directrice-adjointe Formation de la Graduate School Sport, mouvement, facteurs humains. Spécialiste de la physiologie de l’exercice et des adaptations cardio-vasculaires à l’effort, elle mène des recherches qui s’intéressent aussi bien à la personne entraînée qu’à celle en situation de handicap.

Marie Gernigon s’engage un peu par hasard en licence de sciences et techniques des activités physiques et sportives (STAPS) - Activité physique adaptée (APA) à l’Université de Montpellier. En troisième année, elle part en stage au sein du Centre for Sport and Exercise Sciences de l’Université Anglia Ruskin (Cambridge, Royaume-Uni). De 2008 à 2011, elle est assistante de recherche, approfondit ses connaissances en physiologie de l’exercice et acquiert une double compétence APA/performance auprès de deux chercheurs, l’un en France, l’autre en Angleterre. « Mes travaux étaient encadrés par Alain Varray, physiologiste de l’exercice à l’UFR STAPS de Montpellier, spécialiste des pathologies respiratoires et président de l’Association francophone en activité physique adaptée (AFAPA), et par Dan Gordon, physiologiste spécialisé dans les adaptations cardiorespiratoires à l’effort », raconte Marie Gernigon. Durant cette expérience, elle s’intéresse aux adaptations cardiorespiratoires, à l’effort maximal et aux facteurs limitant la performance maximale.

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Contact : marie.gernigon@universite-paris-saclay.fr

Le système isocinétique Biodex S4 est un équipement aux multiples fonctions qui peut être utilisé dans différents contextes applicatifs comme le sport et la médecine orthopédique, la médecine pédiatrique, la recherche ou la neuroréhabilitation. Différents modes d’opérations de ce système permettent de créer des protocoles de charges musculaires tant statiques que dynamiques grâce à des dynamomètres associés à différents accessoires pouvant cibler différentes articulations et muscles du corps humain. Au sein de la Faculté des Sciences et du Sport de l’Université Paris-Saclay (F2S), cet équipement trouve toute sa place dans un contexte pédagogique mais également au service de la recherche afin d’évaluer les performances de différents participants et ceci de manière synchronisée avec différents équipements de mesures. Il est présent depuis 2021 sur la plateforme CIAMS/Bernstein.

Vous avez dit équipement dans un contexte pédagogique ? En effet, ce système est utilisé dès la licence 2 (APA-S et ES et LDD) et notamment ses travaux pratiques, où il permet d’illustrer les concepts étudiés lors des cours magistraux (e.g., force maxime volontaire, travail concentrique vs excentrique …). Les applications dans la réhabilitation, l’entraînement sportif et la réathlétisation sont également abordées. Aussi, dans le contexte des Masters STAPS/EOPS et STAPS/IEAP, les étudiants peuvent être amenés à utiliser le dynamomètre pour caractériser le profil force/vitesse d'un individu afin de formaliser un bilan ainsi que des conseils d’entraînement.

Enfin, en juin dernier, CIAMS / plateforme Bernstein publiait son premier FOCUS PLATEFORME … FOCUS PLATEFORME : Vers une symbiose entre exosquelette et humain : étude du contrôle moteur humain en interaction avec un exosquelette robotisé du membre supérieur. Redécouvrez- le en cliquant ICI.

Contacts : Jean Jeuvrey (jean.jeuvrey@universite-paris-saclay.fr), Marie Gernigon (marie.gernigon@universite-paris-saclay.fr) et Nicolas Vignais (nicolas.vignais@universite-paris-saclay.fr).

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CIAMS/Plateforme Bernstein. La plateforme permet l'analyse du mouvement aux niveaux cinématique, dynamique et életromyographique (EMG). Les outils dédiés à cette plateforme sont : un exosquelette actif de membre supérieur (4 degrés de liberté : épaule et coude, Haption), un système optoélectronique (Qualisys) et des capteurs de force (3 axes et 6 axes). D'autres outils de mesure ambulatoire peuvent être utilisés : électrogoniomètres (Biometrics), centrales inertielles (XSens), systèmes EMG (Biometrics, Cometa, Delsys), plateforme de podométrie et posturographie (Fusyo), cellules optiques (Optogait), isocinétisme (Biodex), tapis à capteurs de pression (Tekscan), tapis roulant.

A propos du CIAMS. Le CIAMS est un laboratoire multidisciplinaire (SDV et SHS) en sciences du mouvement et facteurs humains. Il contribue notamment au réseau Neurosciences, Mouvement, Handicap des unités de recherche en Sciences de la Vie de l'Université Paris-Saclay. Le CIAMS est un membre fondateur de la Fédération Demenÿ-Vaucanson (FéDeV), une Structure Fédérative de Recherche impliquant une quinzaine d’unités de recherche, dont la mission est de structurer la communauté scientifique de Paris-Saclay dans le domaine des sciences du mouvement.

A l’issue des finales régionales du concours international « Ma thèse en 180 secondes » qui se sont déroulées partout en France au cours du mois de mars, les 58 lauréates et lauréats se sont retrouvés pour la demi-finale nationale à Paris. Nous avons eu le plaisir d'apprendre qu'Isabelle Hoxha (Complexité, Innovation, Activités Motrices et Sportives - CIAMS, UPSaclay, Orsay) qui a concouru sous les couleurs de l'université Paris-Saclay est sélectionnée pour continuer en finale nationale. 

Voir sa prestation sur les Mécanismes neurocognitifs de l'anticipation perceptive dans la prise de décision.

Lire le communiqué de presse du CNRS ICI.

Christine Le Scanff est enseignante-chercheuse au laboratoire Complexité, innovation, activités motrices et sportives (CIAMS - Université Paris-Saclay, Université d’Orléans) et directrice de la Graduate School Sport, mouvement, facteurs humains de l’Université Paris-Saclay. Professeure de sport, psychologue, spécialiste du stress et des liens corps-esprit, Christine le Scanff a, grâce à son parcours scientifique atypique, acquis des expertises croisées reconnues qui s’appliquent dans des secteurs très différents. Elle figure parmi les rares femmes ayant occupé des fonctions de direction d’UFR STAPS sur les cinquante que compte la France, et a dirigé en parallèle l’école doctorale « Sciences du sport, de la motricité et du mouvement humain » pendant dix ans.

Lire la suite du portrait ICI.