Analyse biomécanique de l'initiation et de la marche établie chez le jeune adulte, le sujet âgé sain et le patient parkinsonien : validation d'un système sans marqueur et ACP enrichie par Bootstrap

Comparative biomechanical analysis of gait initiation and steady state gait in young adults, healthy elderly subjects and patients with Parkinson's disease : validation of the markerless system and PCA enriched with the Bootstrap method

• Auteur / Autrice : Arnaud Simonet
• Direction : Éric Yiou, Arnaud Delafontaine, Paul Fourcade
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du sport et du mouvement humain
• Date : Soutenance le 09/04/2025
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du sport, de la motricité et du mouvement humain (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences du sport (Orsay, Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sport, mouvement, facteurs humains (2020-….)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexité, innovation, activités motrices et sportives (Orsay, Essonne ; 2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Charles Auregan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique Feipel, Paolo Cavallari, Elisabeth Thomas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Véronique Feipel, Paolo Cavallari

Mots clés

Mots clés contrôlés

Marche (locomotion)

Maladie de Parkinson

Biomécanique

Mots clés libres

Initiation de la marche

Marche

Vieillissement

Maladie de Parkinson

Biomécanique

Capture du mouvement sans marqueurs

Bootstrap

Gait intiaition

Walking

Aging

Parkinson's disease

Biomechanics

Markerless motion capture

Bootstrap

Résumé

L'analyse biomécanique de l'initiation de la marche (IM) et de la marche établie est nécessaire pour comprendre les dysfonctionnements moteurs liés au vieillissement et aux pathologies neurologiques. Cette analyse biomécanique implique classiquement deux types de système : plateformes de force (PF) et/ou caméras avec marqueurs (CAM). Ces deux systèmes présentent cependant des contraintes d'utilisation spécifiques, e.g. contraintes spatiales pour les PF, difficulté de traitement des signaux pour les PF et les CAM, durée de préparation des sujets expérimentaux, erreurs potentielles sur le positionnement des marqueurs segmentaires pour les CAM etc.). Le système de caméras sans marqueur constitue une solution innovante permettant de surmonter l'ensemble de ces contraintes. L'objectif de cette thèse est triple : I) valider l'utilisation d'un système de capture du mouvement sans marqueur pour l'analyse biomécanique de l'IM dans un groupe de jeunes adultes sains, un groupe de sujets âgés sains et un groupe de sujets atteints de la maladie de Parkinson (étude 1 & 2); II) évaluer la pertinence de la méthode statistique de Bootstrap couplée à l'analyse en composante principale pour différencier de façon fiable sur la base de variables biomécaniques classiques de l'IM les trois populations « cible » de notre étude (étude 3);III) déterminer combien de pas sont nécessaires à l'IM pour atteindre la marche établie dans ces trois populations (étude 4). Les résultats des études 1 & 2 ont permis de valider l'utilisation du système sans marqueurs pour évaluer la performance motrice et la stabilité posturale lors de l'IM dans nos trois populations, tout en soulignant les limitations de ce système. Les résultats de l'étude 3 ont mis en évidence la pertinence de la méthode de Bootstrap couplée à l'analyse en composante principale pour discriminer les patients parkinsoniens des sujets sains avec une précision de 98%. Les résultats de l'étude 4 ont mis en évidence que deux pas étaient nécessaires pour atteindre un état stationnaire de stabilité posturale et de performance motrice en situation de marche à vitesse spontanée et maximale, et ce, dans nos trois populations. Les stratégies motrices pour atteindre cet état stationnaire étaient cependant différentes entre les sujets sains et les patients parkinsoniens. L'ensemble des résultats de cette thèse devrait entraîner des répercussions potentiellement importantes en termes d'analyse du mouvement et d'application clinique, notamment en termes de détection de la maladie de Parkinson et de réhabilitation motrice.

Biomechanical analysis of gait initiation (GI) and steady state gait is necessary to understand motor dysfunctions associated with aging and neurological pathologies. This biomechanical analysis classically uses two types of system: force platforms (PF) and/or cameras with markers (CAM). However, both systems have their own specific constraints, e.g. spatial constraints for PFs, signal processing difficulties for PF and CAM, preparation time for experimental subjects, potential errors in segmental marker positioning for CAM, etc.). The markerless camera system represents an innovative solution to overcome all these constraints. The aim of this thesis is threefold: I) to validate the use of a markerless motion capture system for the biomechanical analysis of GI in a group of young healthy adults, a group of elderly healthy subjects and a group of subjects with Parkinson's disease (study 1 & 2); II) to assess the suitability of the Bootstrap statistical method coupled with principal component analysis to reliably differentiate on the basis of classical biomechanical variables of GI the three “target” populations of our study (study 3);III) to determine how many steps are required in GI to achieve steady state gait in these three populations (Study 4). The results of studies 1 & 2 validated the use of the markerless system to assess motor performance and postural stability during GI in our three populations, while highlighting the limitations of this system. The results of Study 3 highlighted the suitability of the Bootstrap method coupled with principal component analysis to discriminate Parkinsonian patients from healthy subjects with 98% accuracy. The results of Study 4 showed that two steps were necessary to reach a stationary state of postural stability and motor performance in a walking situation at spontaneous and maximum speed, in all three of our populations. However, the motor strategies used to achieve this stationary state differed between healthy subjects and Parkinson's patients. The overall results of this thesis should have potentially important repercussions in terms of movement analysis and clinical application, particularly in terms of Parkinson's disease detection and motor rehabilitation.