Effet d’une contrainte de précision et de temps sur la variabilité des axes

En complément des travaux précédents, cette étude avait pour objectif de tester la contrainte de précision et de vitesse sur le pattern de variabilité des axes lors d’une tâche d'interception à différentes hauteurs et pour différentes vitesses de balle. Les sujets (au nombre de 10) assis dans une chaise devaient intercepter une balle lancée par une machine. Les réglages de cette dernière permettaient de faire varier la vitesse de lancement (16 mph 7.15 m.s-1, 18 mph 8.05 m.s-1, 20 mph 8.94 m.s-1) et la hauteur à laquelle la balle se trouvait dans la zone d’interception. La première hauteur correspondait au menton du sujet, la seconde à son oreille et la 3ème au sommet du crâne. Les conditions de vitesse était relativement contraignantes car les sujets avaient 280, 310 et 350ms environ entre l’éjection de la balle et l’arrivée dans la zone d’interception. L’hypothèse proposée est que cette contrainte induit des mouvements tels que la rotation autour de l’axe e3 pourrait permettre l’accélération en rotation afin d’intercepter la balle dans un délai plus court. Ball thrower Distance 2.50m Distance 2.50m Ball thrower A. B.

Figure 45 : Position relative du sujet par rapport au lanceur de balles et différentes hauteurs d’interception.

Interception of a ball SH-EL SH-CM SH-e3 low 16mph 18mph 20mph 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 A n g u la r v a ri a b ili ty o f th e r o ta ti o n a x e s [ ra d ] medium 16mph 18mph 20mph high 16mph 18mph 20mph

Figure 46 : Variabilité du déplacement des axes en fonction des conditions de vitesse et de position de la balle à l’interception.

EP-CO EP-CM

Les résultats ont montré différentes stratégies émergentes lors de cette tâche d'interception, pour les interceptions basse et moyenne, une variabilité plus faible des axes liés à l’inertie (EP-CM et e3) par rapport à l’axe géométrique du bras (EP-CO) a été observée alors que cette différence s’estompe pour la hauteur élevée où les variabilités ne sont pas significativement différentes (Figure 45 panneau High). Fait intéressant, les résultats montrent que les rotations pour des hauteurs d'interception spécifiques sont réalisées autour de l'axe e3. Pour conclure, un changement de l'axe de rotation peut être observé pour des hauteurs d’interception spécifiques indépendantes de la vitesse. En d'autres termes, le changement d'axes de rotation dépend des contraintes de temps donnés. Ainsi, la rotation autour e3 peut permettre de produire une accélération maximale de la main afin d'intercepter la balle dans une courte période de temps.

8.8.5.Discussion

La recherche décrite dans ces travaux est relative au rôle des axes d'inertie dans le contrôle kinesthésique des mouvements de rotation 3D.

Pagano et ses collaborateurs (Pagano et Turvey, 1995; Garrett et al., 1998; Pagano, 2000; Riley et Turvey, 2001; Craig et Bourdin, 2002; Riley et Pagano, 2003; Riley et al., 2005) ont présenté le rôle du tenseur d'inertie en tant qu’invariant spatial majeur dans la perception égocentrique. La perception de la direction du membre supérieur, sans repère visuel peut être modulée par des invariants liés à la distribution de masse comme le vecteur propre du tenseur d'inertie (Pagano et Turvey, 1995; Garrett et al., 1998; Pagano, 2000; Riley et Turvey, 2001; Craig et Bourdin, 2002; Riley et Pagano, 2003; Riley et al., 2005) .

Les conclusions de ces études sont encore limitées parce que l'évaluation systématique des différences entre les axes liés au centre de masse (EP-CM) et e3 n'a pas été effectuée. Cela a conduit à la conclusion que la perception et le contrôle des membres supérieurs pendant des mouvements mono et poly-articulé étaient principalement modulés par le centre de masse. Les constatations et les conclusions doivent être revues parce que la contribution d’e3 n'est pas pertinente car aucune rotation selon l’axe e3 n’est impliquée dans le mouvement (van de Langenberg et al., 2007; van de Langenberg et al., 2008). Un autre inconvénient dans les théories initiales, résident dans le fait que les mouvements sont effectués à des vitesses faibles et pour « percevoir » l'effet d'inertie, de fortes accélérations de mouvement sont nécessaires. Cela a conduit à l'hypothèse que les fortes accélérations ou des fréquences de mouvement vont maximiser le rôle et la façon dont les paramètres inertiels sont perçus. Dans ce cadre, l'objectif principal des travaux était d‘améliorer la compréhension du rôle de l'axe d'inertie minimal dans le contrôle kinesthésique des mouvements 3D des tâches de rotation des bras. Le rôle de l’axe e3 a été étudié dans le contexte de gestes non sportifs comme le pointage (Pagano et Turvey, 1995, 1998). Isableu et al. (2009) ont montré le rôle de l'axe de l'inertie minimale au cours des rotations de l'épaule cycliques à différentes fréquences de mouvement.

Les différentes expériences ont examiné le rôle de e3 lors des rotations autour de l'épaule. Le dispositif expérimental permet de séparer les axes de rotation du bras naturellement sans l'utilisation des masses

extérieures. Cependant, au cours des expériences menés les résultats sont contrastés. D’une part i a été montré que la contrainte initiale prenait le pas sur le changement d’axe observé lors de l’étude de (Isableu

et al. 2009). De même, la contrainte de temps ne semble pas avoir induit une émergence de e3. AU contraire, les résultats portant sur l’étude du changement d’axe en fonction de l’élévation du bras va dans le sens de la théorie proposé en ce sens qu’un changement de stratégie a été observé entre la vitesse lente et rapide par rapport à la variabilité des axes considérés. La variation des conditions sensorielles kinesthésique vs visuo-kinesthésique, ni l'évolution de la fréquence de mouvement n’ont permis de reproduire les mêmes résultats de (Isableu et al., 2009) que proposé initialement. Les effets globaux peuvent être couverts par des stratégies interindividuelles également mises en évidence dans le cadre d’expériences précédentes sur le rôle du tenseur d'inertie lors de mouvement de pointages ou de maintien en équilibre d’une tige verticale (Garrett et al., 1998; Kingma et al., 2004; Bernardin et al., 2005; Withagen et Michaels, 2005; van de Langenberg et al., 2007; van de Langenberg et al., 2008). Des études antérieures ont aussi montré que les sujets ne se comportent pas toujours en accord avec les paramètres physiques les plus appropriés (Garrett et al., 1998; Isableu et al., 2003; Bray et al., 2004; Bernardin et al., 2005; Withagen et Michaels, 2005; Isableu et Vuillerme, 2006).

Ce travail mené en collaboration avec des spécialistes du contrôle moteur a permis d’initier des échanges très intéressants entre le domaine de la biomécanique et celui du contrôle moteur. Des outils et des modèles de la biomécanique ont ainsi pu être exploités afin de permette une meilleure compréhension de la motricité au travers de l’évaluation de paramètres mécaniques pertinents.

Synthèse : L’objectif des travaux présentés était de caractériser les axes mécaniques d’intérêt : l’axe géométrique épaule-coude et liés à la distribution des masses (axe épaule centre de masse du bras et axe d’inertie minimale en rotation chacun relevant de référentiels distincts. Une première étude a montré que selon les contraintes de vitesse, un changement d’axe de rotation s’opère dans le cadre de l’exécution d’un mouvement simple de rotation du bras par rapport au tronc (Isableu et al., 2009). L’objectif des travaux a été de compléter cette première analyse et d’évaluer la robustesse de l’hypothèse selon laquelle les axes autour desquels s’organise le mouvement dépendent de la vitesse du mouvement et des contraintes liées à la tâche en général. L’hypothèse formulée est que l’axe correspondant à l’inertie minimum verra sa variabilité diminuée avec des vitesses qui augmentent par rapport à un axe lié au centre de masse (épaule-centre de masse du membre supérieur) ou géométrique (axe-épaule–coude). Les études présentées ont porté sur l’influence des contraintes liées à la tâche et leur incidence sur le choix des axes de rotation. Tout d'abord le rôle de l'instruction initiale est testé puis l’influence de la gravité. Enfin, l’hypothèse est testée dans le cadre d’une tâche d’interception qui implique des contraintes de temps. Les résultats obtenus permettent de discuter l’hypothèse de l’importance de l’axe d’inertie minimum lors de l’exécution de mouvements volontaires du membre supérieur.

Projet Neuro IC TENSMOV3D Encadrements liés à ces travaux :

Thèse de doctorat : Clint Hansen (2010-2013)

Publications dans des revues internationales : 4 [RI 2-4], [RI 9] Communications dans des congrès internationaux : 1 [CI 6]