Modélisation neuromimétique du contrôle sensori-moteur des mouvements du membre supérieur : cas du pointage et de la saisie

Neuromimetic model for sensori-motor control of upper limb movements : reaching and grasping

• Auteur / Autrice : Soraya Bensmail Boughediri
• Direction : Fethi Ben Ouezdou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Versailles-St Quentin en Yvelines

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théorie des automates mathématiques

Plasticité neuronale

Systèmes dynamiques

Réseaux neuronaux (informatique)

Membre supérieur

Résumé

Les avancés dans le domaine du contrôle moteur attirent les scientifiques de disciplines autres que la neurophysiologie. Les roboticiens adhèrent également à ces programmes pour élaborer de nouvelles lois de commandes neuromimétiques basées sur la simulation du SNC exécutant une action motrice. Un modèle de contrôle sensorimoteur est développé pour l'apprentissage des mouvements visuo-guidés. Nous avons réunis dans ce schéma de contrôle des hypothèses fondées sur des principes "computationnels" relatifs à l'organisation en colonnes du cortex cérébral et la théorie de Marr-Albus-Ito du cervelet. Ces principes décrivent plusieurs mécanismes de plasticités synaptiques situées dans différents sites du SNC : cortex cérébral et cervelet. Cette approche connexioniste est appliquée pour simuler l'apprentissage de mouvements visuo-guidés par le "bras et avant-bras" et la prise "pouce-index". Le modèle est constitué de deux niveaux hiérarchiques : le niveau supra-spinal qui génère les commandes motrices pour activer les muscles, le niveau spinal provoquant les déplacements de la structure musculo-squelettique. Pour transformer les ordres moteurs en déplacement, les forces musculaires sont générées suivant la théorie du Point d'Équilibre. La simulation du formalisme montre que les processus adaptatifs prenant place dans différents sites du modèle global coopèrent sans s'interférer. Pour le mouvement de pince "pouce-index", nous proposons que le modèle de contrôle soit étendu en considérant deux structures. Cela correspond à deux régions au niveau du réseau cortical contrôlant deux points de travail et un seul réseau cérébelleux coordonnant le mouvement global.

The advanced ones in motor control research attract the scientists of disciplines other than the neurophysiology. Thus, the robotics researchers also adhere to these programs. Their aim is to elaborate new neuromimetic command rules inspired from the SNC executiong motor action. A model of sensorimotor control is developed for visuo-guided movements learning. This model is developed based on several prerequisites about "computational" principles of brain structures : the columnar organization of the cerebral cortex and the Marr-Albus-Ito theory of cerebellar learning. The adaptive rules incorporeted in the model simulate the synaptic plasticities localised in various sites of the CNS : cerebral cortex and cerebellum. This connexionist approach is applied to simulate learning of the "arm" visuo-guided movements and the "thumb-index" pinch. The neural network model consists of two hierarchical levels : the high level which generates motor orders to muscles activation and the spinal level producing musculo-skeletal structure displacements. Thus, muscular forces are generated according to the Equilibrium-Point-Hypothesis. The simulation of the non linear formalism shows that adaptive processes taking place in different sites of the total neural network model cooperate without interferer. For the movement of "thumb-index" grip , we propose that the neural network model is deployed by considering two fingers structure. So the cortical level is presented by two pathways controlling two working points and only one cerebellar network may be able to coordinate the global pinch movement.