Modélisation du système sensori-moteur humain en vue de l'étude de ses déficiences.<br />Développement de solutions palliatives à l'aide de neuroprothèses

Pathologies of the central and peripheral nervous system lead to sensory and motor deficiencies that can not always be rehabilitated by classical therapies such as surgery and medication. For a long time, functional electrical stimulation (FES) has been known to be able to activate, modulate or inhibit targeted neural structures, either neurons or axons. Well-known applications such as pacemaker, deep brain stimulation for parkinson tremor inhibition, and cochlear implant demonstrate great results.To restore more complex sensory and motor functions such as movement or vision, neuroprostheses may provide for non rectangular stimulus shapes and may drive multipolar electrodes. They have also to spread over multiple target sites. This document describes the new architecture I propose in order to fulfil these requirements.For understanding these issues, modelling is useful. Then, simulation, movement synthesis and control, signal processing, can support the research developments and can help to evaluate the effect of neuroprostheses. I give some theoretical results in this domain, particularly on muscle modeling and movement synthesis and control for spinal cord injured patients.Les pathologies du système nerveux central et périphérique, induisent des déficiences motrices ou sensorielles que les méthodes thérapeutiques classiques, chirurgie et médicaments, ne parviennent pas toujours à rééduquer ou suppléer. Depuis longtemps, la stimulation électrique fonctionnelle (FES) peut activer, moduler ou inhiber les structures nerveuses cibles, neurones ou axones. Les applications les plus spectaculaires sont le pacemaker, la stimulation du cerveau profond (pour traiter les tremblements chez les Parkinsoniens), et l'implant cochléaire.Pour restaurer des fonctions motrices ou sensitives plus complexes comme le mouvement ou la vision, non seulement les neuroprothèses doivent proposer des stimuli aux formes diverses non rectangulaires et commander des électrodes multipolaires, mais aussi doivent se déployer sur un nombre plus important de sites. Ce document décrit ce que je propose comme nouvelle architecture de neuroprothèses implantables pour répondre à ce besoin.Il est aussi indispensable de mieux comprendre le problème posé. La modélisation puis la simulation, la synthèse et la commande de mouvement, et enfin le traitement du signal, apportent des supports théoriques aussi bien pour décrire le système étudié, que pour qualifier et quantifier l'impact des neuroprothèses sur ce système. Je décris quelques résultats dans ce domaine, en particulier sur la modélisation des muscles et les développements théoriques qui en découlent, notamment pour la synthèse et la commande de mouvement chez le blessé médullaire