Une approche neuromécanique de la coordination entre les muscles gastrocnemius medialis et gastrocnemius lateralis

A neuromechanical approach to the coordination between the human gastrocnemius medialis and gastrocnemius lateralis muscles

• Auteur / Autrice : Raphaël Hamard
• Direction : François Hug, Taylor Dick, Jeroen Aeles
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et technique activités physiques et sportives
• Date : Soutenance le 12/04/2023
• Etablissement(s) : Nantes Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Éducation, Cognition, Langages, Interactions, Santé (ECLIS) (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Motricité, Interactions, Performance (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Martin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Seynnes, Emilie Simoneau, Guillaume Rao
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Olivier Seynnes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Muscles -- Contraction

Muscles -- Motilité

Mots clés libres

Distribution de la force

Echographie B-mode

Electromyographie de surface

Modèle de Hill

Triceps Surae

B-mode ultrasonography

Hill-type model

Muscle force distribution

Surface electromyography

Triceps Surae

Résumé

Les différences fonctionnelles entre le gastrocnemius medialis et le gastrocnemius lateralis sont rarement étudiées. De plus, la majorité des recherches s’intéressant à ces deux muscles se sont focalisées sur leur rôle lors de la flexion plantaire de cheville. Ainsi, leur fonction secondaire de flexion du genou reste mal comprise. L’objectif de cette thèse est d’apporter une meilleure compréhension de la coordination musculaire entre le gastrocnemius medialis et le gastrocnemius lateralis. Nous avons utilisé une approche qui combine des mesures expérimentales et de la modélisation musculaire pour étudier les coordinations musculaires à différents niveaux, de l’unité motrice individuelle au muscle. Quatre principaux résultats peuvent être tirés de cette thèse. Premièrement, ces deux muscles ont des comportements neuromusculaires distincts lors de la marche qui induisent une production de force accrue du gastrocnemius medialis par rapport au gastrocnemius lateralis. Deuxièmement, nous avons observé une grande variabilité inter-individuelle à tous les niveaux du mouvement. Troisièmement, la modèlisation musculaire utilisant des données spécifiques aux sujets semble pertinente pour explorer la variabilité inter-individuelle. Quatrièmement, le contrôle nerveux du gastrocnemius medialis et du gastrocnemius lateralis est similaire entre la flexion de genou et la flexion plantaire de cheville. Pris dans leur ensemble, ces résultats démontrent que ces deux muscles sont distincts, tant au niveau nerveux que biomécanique. Cela conduit à des productions de force différentes et une grande variabilité inter-individuelle.

The functional differences between the gastrocnemius medialis and gastrocnemius lateralis are rarely studied. In addition, the large majority of previous research on these two muscles has focused on their ankle plantar flexion role. Their secondary role, i.e. knee flexion, remains therefore poorly understood. The aim of this thesis was to provide a deeper understanding of muscle coordination between the gastrocnemius medialis and gastrocnemius lateralis. We used an approach that combines experimental measures and basic muscle modelling to explore muscle coordination across multiple scales, from the individual motor unit to the whole muscle. Four main results can be derived from this thesis. First, these two muscles have distinct neuromuscular behavior during walking resulting in a higher production of force in the gastrocnemius medialis compared to the gastrocnemius lateralis. Second, a large inter-individual variability can be observed across multiples scales of the movement procution. Third, a modelling approach using subject-specific data appears useful to considere this inter-individual variability. Fourth, the neural control of the gastrocnemius medialis and gastrocnemius lateralis is robust across knee flexion and ankle plantar flexion. Together, these results demonstrate that the two muscles are distinct at the neural and biomechanical level, which results in distinct force outputs and highly inter-individual variable muscle coordination.