Synchronisation avec des rythmes fractals : Appariement de la complexité des structures statistiques

by Vivien Marmelat

Doctoral thesis in Sciences du Mouvement Humain - Montpellier

Under the supervision of Didier Delignières and Peter Beek.

defended on 24-10-2014

in Montpellier 1 and the jointly supervising institution Vrije universiteit (Amsterdam) , under the authority of EA 4202 - INSERM ERI 25 - Muscle et Pathologies (Montpellier) , in a partnership with M2H - Mouvement et Santé (laboratoire) .

  • Alternative Title

    Synchronization with fractal rhythms : Complexity matching of statistical structure


  • Abstract

    Human movements variability is characterized by the presence of long-range (fractal) correlations. This feature is associated with optimal, healthy states while non-optimal states are associated with a loss of long-range correlations, toward more periodicity or more randomness. Isochronous pacing is widely used for gait rehabilitation, but changes the stride time dynamics from persistent long-range correlations to anti-persistent (negative) correlations. It has been recently argued that synchronization with fractal environment could induce a matching between the organism structure and the environmental structure. The aim of this thesis was to test alternatives pacing strategies preserving the fractal nature of stride time series. Different sets of experiments were run, involving interpersonal coordination, synchronization with non-isochronous metronomes and “human pacing”. Overall our results show that the time series produced by participants were correlated to those of the environment only if the environment presented fractal fluctuations. Our models suggest that isochronous and non-isochronous metronomes imply fundamental different behaviours. Our results have clinical perspectives because the use of fractal environment in rehabilitation protocols could help to preserve long-range correlations, a hallmark of behavioural adaptability.


  • Abstract

    La variabilité des mouvements humains est caractérisée par la présence de corrélations à long-terme, ou fluctuations fractales. Cette propriété est associée à des états sains et optimaux, tandis que les états non-optimaux sont associés avec une perte des corrélations à long-terme, devenant plus périodique ou plus aléatoire. Les métronomes isochrones sont largement utilisés pour guider le pas dans des protocoles de réhabilitation de la marche, mais leur utilisation modifie la dynamique des séries de pas qui ne présentent plus de corrélations à long-terme (persistantes) mais deviennent anti-persistante (i.e., corrélations négative). Des hypothèses récentes suggèrent que la synchronisation avec un environnement fractal pourrait induire un appariement de la structure temporelle de l'organisme avec la structure temporelle de l'environnement. L'objectif de cette thèse était de tester des stratégies de synchronisation alternatives préservant la nature fractale des séries temporelles. Différentes expérimentations ont été mises en places, impliquant des coordinations interpersonnelles, de la synchronisation avec des métronomes fractals et du « guidage humain ». De manière générale, nos résultats montrent que les séries comportementales des participants étaient corrélée à celle de l'environnement seulement si celui-ci présente des fluctuations fractales. Les résultats de nos modélisations suggèrent également que les métronomes isochrones et non-isochrones impliquent des réactions comportementales fondamentalement différentes. Nos résultats présentent des perspectives cliniques puisque l'élaboration de protocoles de réhabilitation de la marche utilisant des environnements fractals pourrait permettre de préserver les corrélations à long-terme, marqueurs d'adaptabilité du comportement.


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