Evaluation of the locomotor organization of the hemiparetic and paraparetic patient by extraction of muscle synergies

À la suite d’une lésion du système nerveux central tel qu’un accident vasculaire cérébral ou une lésion médullaire incomplète un ensemble de symptômes tel que la parésie, l’hyperactivité musculaire et l’hypo-extensibilité des tissus vont perturber l’organisation locomotrice du patient. Depuis quelques années, l’utilisation de méthodes mathématiques permet d’extraire à partir de l’activité électrique des muscles la commande à l’organisation locomotrice du sujet. L’objectif de ce travail de thèse est d’utiliser ces méthodes pour caractériser les spécificités du patient hémiparétique et paraparétique. Une première étude sur le sujet asymptomatique a permis de valider notre méthodologie..La deuxième étude portant sur les patients paraparétiques montre que l’asymétrie de marche est plutôt expliquée par une expression différente des symptômes plutôt qu’une réelle asymétrie provenant de la commande. Pour conclure, la troisième étude portant sur l’effet d’une anesthésie d’un muscle chez le patient hémiparétique a montré que le cerveau était en mesure de modifier la commande locomotrice pour pallier les perturbations induites par cette anesthésie. En conclusion nos travaux soulignent l’intérêt de ces méthodes comme un outil pertinent dans l’évaluation de l’organisation locomotrice chez le patient présentant une lésion du système nerveux central.Following a central nervous system injury such as a stroke or incomplete spinal cord injury, a set of symptoms such as paresis, muscle hyperactivity and hypo-extensibility will disrupt the patient’s locomotor organization. In recent years, the use of mathematical methods has made it possible to extract, from the electrical muscle activities, the command of the locomotor organization. This thesis aimed at using these methods to characterize the specificities of the post-stroke patient and the patient with incomplete spinal cord injury. The first study of healthy individuals allowed to validate our methodology.The second study in patients with incomplete spinal cord injury showed that gait asymmetry may be explained by a different expression of symptoms rather than a real asymmetry originating from the control. Finally, the third study has investigated the effect of muscle anesthesia on the post-stroke patient. The results showed that the central nervous system was able to adapt locomotor control to compensate for the disturbances induced by this anesthesia. In conclusion, our work underlines the interest of these methods as a relevant tool in the evaluation of locomotor organization in patients with central nervous system lesions

Evaluation de l’organisation locomotrice du patient hémiparétique et paraparétique par extraction des synergies musculaires

Following a central nervous system injury such as a stroke or incomplete spinal cord injury, a set of symptoms such as paresis, muscle hyperactivity and hypo-extensibility will disrupt the patient’s locomotor organization. In recent years, the use of mathematical methods has made it possible to extract, from the electrical muscle activities, the command of the locomotor organization. This thesis aimed at using these methods to characterize the specificities of the post-stroke patient and the patient with incomplete spinal cord injury. The first study of healthy individuals allowed to validate our methodology.The second study in patients with incomplete spinal cord injury showed that gait asymmetry may be explained by a different expression of symptoms rather than a real asymmetry originating from the control. Finally, the third study has investigated the effect of muscle anesthesia on the post-stroke patient. The results showed that the central nervous system was able to adapt locomotor control to compensate for the disturbances induced by this anesthesia. In conclusion, our work underlines the interest of these methods as a relevant tool in the evaluation of locomotor organization in patients with central nervous system lesions.À la suite d’une lésion du système nerveux central tel qu’un accident vasculaire cérébral ou une lésion médullaire incomplète un ensemble de symptômes tel que la parésie, l’hyperactivité musculaire et l’hypo-extensibilité des tissus vont perturber l’organisation locomotrice du patient. Depuis quelques années, l’utilisation de méthodes mathématiques permet d’extraire à partir de l’activité électrique des muscles la commande à l’organisation locomotrice du sujet. L’objectif de ce travail de thèse est d’utiliser ces méthodes pour caractériser les spécificités du patient hémiparétique et paraparétique. Une première étude sur le sujet asymptomatique a permis de valider notre méthodologie..La deuxième étude portant sur les patients paraparétiques montre que l’asymétrie de marche est plutôt expliquée par une expression différente des symptômes plutôt qu’une réelle asymétrie provenant de la commande. Pour conclure, la troisième étude portant sur l’effet d’une anesthésie d’un muscle chez le patient hémiparétique a montré que le cerveau était en mesure de modifier la commande locomotrice pour pallier les perturbations induites par cette anesthésie. En conclusion nos travaux soulignent l’intérêt de ces méthodes comme un outil pertinent dans l’évaluation de l’organisation locomotrice chez le patient présentant une lésion du système nerveux central

Caractérisation des organisations locomotrices par la quantification des synergies musculaires chez le sujet asymptomatique et cérébrolésé : une revue de littérature narrative

Lʼobjectif de cet article est de dresser une revue de littérature narrative sur lʼutilisation des synergies musculaires (SM) pour caractériser les organisations locomotrices chez le sujet sain et cérébrolésé. Les différentes études ont permis de mettre en évidence une diversité dʼapproches pour extraire les SM. En dépit de cette diversité, les résultats suggèrent quʼun petit nombre de SM serait explicatif des organisations locomotrices. Par ailleurs, chez les sujets sains, les SM semblent en mesure de quantifier des modifications induites par des contraintes telles que lʼâge ou la vitesse de marche. Cependant, certains choix méthodologiques tels que le filtrage des signaux électromyographiques ou leurs normalisations temporelles pourraient induire des biais dʼinterprétation. Malgré lʼhétérogénéité des études sur le sujet cérébrolésé, ces dernières convergent pour souligner la pertinence de lʼanalyse des SM dans lʼexploration des modèles dʼactivation musculaire chez les patients atteints de lésion du système nerveux. Ces SM sont dépendantes dʼun ensemble de facteurs tels que les déficits post-lésionnels ou le type de rééducation. Après analyse des articles sélectionnés, nous pensons que les SM peuvent être une approche pertinente dans la caractérisation des activités locomotrices chez le sujet cérébrolésé sous réserve de choix méthodologiques et algorithmiques appropriés

Comparative functional anatomy using rigid multibody simulation and anatomical transfer: Homo sapiens, Pan paniscus and Papio anubis

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Effect of botulinum toxin injection on length and force of the rectus femoris and triceps surae muscles during locomotion in patients with chronic hemiparesis (FOLOTOX)

International audienceBACKGROUND: After stroke, spasticity of the rectus femoris (RF) and triceps surae (TS) muscles frequently alters the gait pattern. Knee flexion and ankle dorsiflexion in swing are often reduced, respectively called Stiff Knee Gait (SKG) and equinus. A preliminary uncontrolled study suggested that botulinum toxin type A (BTX-A) injections could improve muscle length and force generated during gait, improving inter-segmental coordination. The aim of this randomised controlled study is thus to evaluate changes in the length of the RF and TS muscles during gait 1 month after either BTX-A or placebo injection in patients with chronic stroke, SKG and spastic equinus. The secondary aims are to evaluate peak length and peak force generated during gait, as well inter-segmental coordination assessed using the continuous relative phase method initially described by Barela et al. in patients with stroke.METHODS: This is a prospective, three-centre, randomised, placebo-controlled, triple blind study over 3 months with 4 visits. Forty patients will be included. During visits V1, V3 and V4, length and force generated by RF and TS during gait will be assessed using musculoskeletal models (MSM). Muscle force will also be assessed using an isokinetic dynamometer. Inter segmental coordination will be evaluated using 3D gait analysis and functional tests will be performed. During V2, patients will receive either an injection of BTX-A in the RF and TS muscles or a placebo injection of saline solution.DISCUSSION: We expect an increase in peak length and a decrease in peak force generated by the RF and TS muscles in the BTX-A group 1 month post injection. Moreover, we expect these parameters to be more improved in the BTX-A than the Control group. This is the first study to assess these parameters in a randomised, controlled trial using instrumented methods (isokinetic evaluation and 3D gait analysis). The results should help to improve understanding of the mechanism(s) underlying improvements in inter-segmental coordination that have been found in many previous uncontrolled studies.TRIAL REGISTRATION: ClinicalTrials.gov: NCT01821573 , First received: March 27, 2013 Last updated: September 14, 2016 Last verified: September 2016 Other Study ID Numbers: P110136 AOM11223

Is the gait profile score a good marker of gait dysfunction in individuals with late effects of poliomyelitis?

International audienceLate effects of poliomyelitis (LEoP) are characterized by new gait abnormalities that occur many years after the initial poliomyelitis illness. Currently, there is no consensus on the most appropriate evaluation to detect gait disorders following LEoP. This study aimed to assess and compare the effectivenes of the gait profile score with that of the symmetry index (SI) to charaterize gait abnormalities resulting from the LEOP. The SI for stance, swing, double-support duration and the step length, and gait profile score were computed from gait analysis of 12 poliomyelitis subjects and 12 healthy participants. Receiver operating characteristic analysis was used to measure the sensitivity and specificity of the SI and the gait profile score to discriminate patients with the LEoP and healthy participants. The area under the receiver operating characteristic curve was calculated for both gait the profile score and SI. With AUC values all above 0.83 (good discrimination), SI and GPS significantly discriminated the participants with the LEoP from the healthy participants (all pvalues < 0.001). The results of this study show that both the gait profile score and SI may be used with a similar sensitivity by clinicians to identify potential gait abnormalities in patients with the LEoP.Les séquelles tardives de la poliomyélite (LEoP) sont caractérisées par l’apparition chez le patient de nouvelles perturbations locomotrices, survenant de nombreuses années après la primo-infection. Actuellement, il n’existe pas de consensus sur l’index le plus approprié pour détecter et quantifier ces nouvelles perturbations. Cette étude vise donc à comparer la sensibilité et la spécificité de deux index d’évaluation locomotrice qui sont, l’indice de symétrie (IS) et le Gait Profile Score (GPS). Le GPS ainsi que l’IS de 4 paramètres locomoteurs (longueur de pas, % de phase d’appui, % de phase oscillante, % de phase de double support) ont été calculés à partir de l’analyse cinématique de 12 sujets post LEoP et de 12 sujets asymptomatiques. L’aire sous la courbe de la fonction d’efficacité du récepteur (courbe ROC en anglais) a été utilisée pour mesurer la sensibilité et la spécificité de l’IS et du GPS. Que ce soit pour l’IS des 4 paramètres locomoteurs ou le GPS les valeurs d’air sous la courbe sont toutes supérieures à 0,83 (bonne discrimination). En d’autres termes, l’IS ou le GPS discriminent significativement les participants ayant des perturbations locomotrices post LEoP des participants asymptomatiques (toutes les valeurs p < 0,001). Les résultats de cette étude montrent que le GPS et l’IS peuvent être utilisés avec une sensibilité similaire par les cliniciens pour identifier les perturbations locomotrices des patients post LEoP

A single session of bihemispheric transcranial direct current stimulation does not improve quadriceps muscle spasticity in people with chronic stroke

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Investigation of the Effect of Plasma Polymerized Siloxane Coating for Enzyme Immobilization and Microfluidic Device Conception

This paper describes the impact of a physical immobilization methodology, using plasma polymerized 1,1,3,3, tetramethyldisiloxane, on the catalytic performance of β-galactosidase from Aspergillus oryzae in a microfluidic device. The β-galactosidase was immobilized by a polymer coating grown by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PEVCD). Combined with a microchannel patterned in the silicone, a microreactor was obtained with which the diffusion through the plasma polymerized layer and the hydrolysis of a synthetic substrate, the resorufin-β-d-galactopyranoside, were studied. A study of the efficiency of the immobilization procedure was investigated after several uses and kinetic parameters of immobilized β-galactosidase were calculated and compared with those of soluble enzyme. Simulation and a modelling approach were also initiated to understand phenomena that influenced enzyme behavior in the physical immobilization method. Thus, the catalytic performances of immobilized enzymes were directly influenced by immobilization conditions and particularly by the diffusion behavior and availability of substrate molecules in the enzyme microenvironment

A single session of anodal transcranial direct current stimulation applied over the affected primary motor cortex does not alter gait parameters in chronic stroke survivors

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TERAHERTZ BIOMEMS FOR ENZYMATIC CATALYSIS MONITORING

This work focuses on the fabrication and use of a Biological Micro-ElectroMechanical System (BioMEMS) for TeraHertz (THz) detection and characterization of enzymatic catalysis reactions. The fluidic microdevice was fabricated using traditional lithographic techniques. It was then functionalized by reactive amine functions using plasma polymerized allylamine (pp-allylamine), followed by enzyme immobilization inside the microchannels. The enzymatic reaction was controlled by fluorescent microscopy before being analysed by sub-THz spectroscopy in the frequency range 0.06–0.11 THz. The preliminary results show the feasibility of terahertz monitoring of the biocatalysis reaction