Vers un contrôle sensori-moteur bio-inspiré des prothèses myoélectriques du membre supérieur

Abstract

La perte d'autonomie engendrée par l'amputation du membre supérieur touche, en France, une population jeune et active. Les répercussions sur le plan physique et psychologique en font une problématique à la fois clinique, technique et scientifique. La faible prévalence de l'amputation du membre supérieur fait qu'elle est considérée comme une pathologie orpheline. L'appareillage proposé aux patients reste très limité dans ses commandes malgré les progrès technologiques et les multiples fonctionnalités apportées par les prothèses de dernière génération. Le contrôle de ces outils reste complexe et non intuitif, ce qui a pour conséquence un taux d'abandon élevé. Les travaux sur les prothèses myoélectriques ont mis en avant que pour être pleinement fonctionnelle et utilisée par les patients, la prothèse devrait pouvoir (i) générer des réponses réflexes, et (ii) redonner une sensorialité perdue. Durant cette thèse, nous avons exploré ces deux aspects que sont les comportements réflexes et la substitution sensorielle. La première partie étudie la régulation de la commande motrice par les boucles sensorimotrices de bas niveau. Nous avons testé un réseau simplifié connecté à un modèle musculo-squelettique de bras dans l'objectif de produire des mouvements d'amplitudes et de durées déterminées. Les capacités du réseau à produire ces comportements ont été évaluées par trois algorithmes d'optimisation. Cette étude nous a permis d’explorer l’espace des comportements possibles du système neuro-mécanique. Bien que très simplifié, le système était capable de produire des mouvements biologiquement plausibles en présence de gravité. Ce réseau simplifié montre une grande richesse d’expressions comportementales où un même mouvement peut être produit par plusieurs combinaisons de paramètres. Ce type de réseau est un candidat potentiel pour faire le lien entre les commandes descendantes basiques telles que les enregistrements d'activité musculaire (EMG) et les mouvements produits par les moteurs de la prothèse. De plus, cette structure a le potentiel de produire des réponses réflexes. Concernant l'étude de la substitution sensorielle, nous avons mis au point un dispositif produisant des stimulations vibrotactiles permettant de donner au sujet les informations de position angulaire de leur coude. Nous l'avons utilisé dans plusieurs expérimentations et mis en évidence les bonnes capacités de discrimination spatiale chez des patients amputés et des sujets sains. Nous l'avons ensuite utilisé dans un contrôle en ligne d'un bras virtuel où les vibrations permettaient de donner des repères spatiaux dans une tâche d'atteinte de cibles. Cette expérience a révélé que le feedback proprioceptif permettait d'améliorer la performance par rapport à une condition sans feedback. En revanche, si l'ajout du feedback proprioceptif à la vision n'a pas amélioré la performance, il ne l'a pas dégradé non plus. De plus, le contrôle en présence des deux feedback a été le plus apprécié des sujets. Ce travail nous a permis d'enrichir les connaissances autour de la commande des prothèses myoélectriques avec pour objectif de se rapprocher du contrôle le plus naturel possible.