Modélisation des voies réflexes et cérébelleuses, permettant le calcul des fonctions inverses : application à la commande d'un actionneur à deux muscles pneumatiques

par Mohamad Mehdi Ebadzadeh

Thèse de doctorat en Signal et image

Sous la direction de Christian Darlot.

Soutenue en 2004

à Paris, ENST .


  • Résumé

    La commande et le contrôle des mouvements des membres par les voies cérébelleuses et réflexes sont modélisés au moyen d'un circuit dont la structure est déduite de contraintes fonctionnelles. I) L'une des contraintes est que les mouvements rapides des membres doivent être précis, quoiqu'ils ne puissent pas être commandés en boucle fermée au moyen des signaux sensoriels. Les voies qui traitent les ordres moteurs doivent donc contenir des fonctions inverses approximées des fonctions biomécaniques du membre et des muscles. Or le calcul d'une fonction inverse approximée peut être effectué au moyen de boucles de rétroaction parallèles, dont la structure est comparable à l'anatomie des voies cérébelleuses. L'une des boucles contient un réseau de neurones capable de prévoir les conséquences motrices des ordres moteurs, qui peut être modélisé par un réseau de neurones artificiels dont la connectivité est semblable à celle du Cortex Cérébelleux. De tels réseaux apprennent les fonctions biomécaniques directes des membres et des muscles lors d'un apprentissage, qui est supervisé par des signaux professeurs calculés à partir des erreurs motrices. Des règles de gradient classiques, déduites par un calcul différentiel, reproduisent la dépression à long terme (LTD) qui a lieu dans I'arborisation dendritique des cellules de Purkinje. Après chaque mouvement, un signal professeur codant l'erreur est envoyé aux sites d'apprentissage, ce qui est comparable à l'envoi des signaux issus de l'Olive Inférieure, via les fibres grimpantes, aux sites d'apprentissage du Cervelet. 2) Une autre contrainte est que les réflexes ne doivent pas s'opposer aux mouvements volontaires, mais doivent être à chaque instant prêts à s'opposer à des perturbations. Pour satisaire à cette contrainte, des copies efférentes des ordres moteurs sont classiquement envoyées aux interneurones des réflexes, où elles annulent les conséquences sensorimotrices des mouvements volontaires. Après apprentissage, le modèle peut commander précisément les mouvements angulaires d'une tringle mobile, qui tourne par un de ses bouts autour d'un axe vertical. Le mouvement est causé par deux muscles artificiels antagonistes, des muscles pneumatiques de McKibben. Des réflexes comparables aux réflexes myotatique et tendineux, et des réactions stabilisantes comparables aux réactions sensorimotrices cérébelleuses, réduisent efficacement les effets des perturbationsexternes. La raideur de l'articulation est déterminée par ces boucles de rétroaction, comme dans le "modèle lambda" de point d'équilibre. La caractéristique fondamentale de ce modèle de commande des mouvements est que sa structure et son fionctionnement sont déduits de contraintes mathématiques et physiques, et sont comparables à l'anatomie et à la fonction des voies cérébelleuses et réflexes.

  • Titre traduit

    A model reflex and cerebellar pathways allowing to compute approximate inverse functions : application to control of a mobile segment


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Informations

  • Détails : 1 vol. (160 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 143 réf.

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  • Bibliothèque : Télécom ParisTech. Bibliothèque scientifique et technique.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2.64 EBAD
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