Étude des règles de l'intégration multisensorielle en kinesthésie et de leur évolution liée à l’âge : approches psychophysiques & modélisation bayésienne

Study of multisensory integration rules in kinaesthesia and their evolution related to aging : psychophysics & bayesian modelling

• Auteur / Autrice : Marie Chancel
• Direction : Michel Guerraz, Anne Kavounoudias
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences cognitives, psychologie cognitive et neurocognition
• Date : Soutenance le 05/12/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de psychologie et neurocognition (Grenoble ; Chambery ; 1996?-....)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Nougier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Pierre Christian Bresciani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yann Coello, Alessandro Farnè

Mots clés

Mots clés contrôlés

Statistique bayésienne

Modèles mathématiques

Perception visuelle

Sensibilité proprioceptive

Vieillissement

Kinesthésie

Mots clés libres

Kinesthésie

Intégration multisensorielle

Vieillissement

Modélisation

Kinaesthesia

Multisensory integration

Aging

Modelling

Résumé

Au quotidien, notre système nerveux central utilise et intègre de multiples informations sensorielles pour percevoir de façon cohérente et efficace les mouvements de notre corps et de nos membres. Une littérature abondante a décrit chacune des contributions des entrées sensorielles visuelle, proprioceptive musculaire ou encore tactile dans l’émergence de cette perception, appelée kinesthésie. Mais des questions demeurent quant aux principes régissant l’intégration de ces différents sens à des fins kinesthésiques. Cette thèse apporte des éléments de réponse en soulignant la contribution majeure de la proprioception musculaire dans la construction des percepts multisensoriels kinesthésiques chez l’adulte jeune. Compte tenu du déclin de toutes les modalités sensorielles au cours du vieillissement, nous avons étudié l’évolution possible de ces règles d’intégration dans la dernière partie de ce travail.Revisitant un phénomène illusoire classiquement considéré comme d’origine purement visuelle, le paradigme miroir, nous montrons tout d’abord l’influence des afférences proprioceptives musculaires controlatérales dans l’estimation visuo-proprioceptive des mouvements d’un segment corporel, le bras. En effet, nos résultats montrent que cette illusion de mouvement d’un bras caché derrière un miroir, crée par la réflexion du bras controlatéral en mouvement dans ce miroir, émerge de la prise en compte des informations visuelles mais également des afférences proprioceptives bilatérales. Dans un deuxième temps, pour estimer plus précisément les contributions relatives et interactions entre différentes modalités, nous appliquons des stimulations sensorielles spécifiques des entrées visuelles, tactiles et/ou proprioceptives musculaires, induisant des sensations illusoires de mouvement de la main chez des sujets parfaitement immobiles. En combinant méthode psychophysique et modélisation bayésienne, nous démontrons que l’intégration des informations visuelles et tactiles permet d’optimiser la capacité à discriminer la vitesse des mouvements de la main ; Toutefois, la perception kinesthésique demeure biaisée en faveur des informations proprioceptives musculaires chez des sujets adultes jeunes. Enfin, dans une perspective développementale, nous mettons en évidence un changement de pondération relative entre ces trois différentes entrées au cours du vieillissement en faveur des afférences d’origine tactile et visuelle, probablement dû à une altération plus importante de la sensibilité proprioceptive musculaire.

In our daily live, our central nervous system uses and integrates multiples sensory information to efficiently and accurately perceive self-body and self-limb movements. An important part of the studies on this perception, called kinesthesia, address the question of the multisensory integration principles in this particular perceptive domain. This thesis brings up some answers to this question, enlightening muscle proprioception major contribution to the elaboration of multisensory kinesthetic percepts in young adults and changes occurring with age in the rules governing the integration of vision touch and muscle proprioception in kinesthesia.Revisiting a classical illusory phenomenon implicitly supposed of visual origin, the mirror paradigm, we investigate how the contralateral muscle proprioceptive afferences contribute to the visuo-proprioceptive estimation of self-arm movements. Indeed, the movement illusion of an arm, hidden behind a mirror, created by the reflection of the contralateral arm moving in this mirror seems to emerge from the integration of visual and bilateral proprioceptive feedbacks, as attested by our results. Then, in order to estimate the relative contribution and interaction of vision, touch, and muscle proprioception, we applied specific sensory stimulations on muscle proprioception, touch and/or vision. These stimulations elicit in perfectly still participants self-hand movement illusions. Combining psychophysics and Bayesian approach, we demonstrate that visual and tactile cue integration leads to an optimization of our ability to discriminate self-hand rotation velocity. Nevertheless, kinesthesia remains biased in favor of proprioceptive cues. Finally, knowing that all sensory systems decline across life span, we study the potential evolution of multisensory integration rules in kinesthesia with age. We show a profound reshaping in the weighting of the three sensory entries in older individuals, in favor of touch and vision, probably due to a relative greater impairment of muscle proprioception.