Soutenance de thèse de FAZZARI Camille
Titre de thèse
Dynamique des ajustements neuromusculaires à la variation du poids de corps effectif en course à pied
Dynamics of neural adjustments to changes in effective body weight during running
Résumé de la thèse
Les coureurs rencontrent régulièrement des perturbations externes qui mettent à l'épreuve leur stabilité et efficacité. Les ajustements biomécaniques et neuromusculaires associés à des perturbations induites par le terrain, comme des changements de hauteur ou de raideur, sont bien connus. En revanche, les ajustements en réponse à des perturbations induites par des forces externes restent peu étudiés. De telles perturbations peuvent être mises en œuvre en utilisant un tapis roulant à pression positive pour le bas de corps (ou tapis roulant « antigravité »). Ce dernier applique une force de levage au niveau du bassin des coureurs, permettant de moduler leur poids de corps effectif. Dans ce contexte, cette thèse vise à comprendre comment les coureurs s'ajustent à la variation de la force verticale résultante, grâce aux paradigmes expérimentaux de l'allègement et du retour à normo-poids. Les participants ont effectué deux courses sur un tapis roulant antigravité. Chaque course comprenait trois phases stables (d'une durée de 3 min) pendant lesquelles le poids de corps effectif était maintenu à 100%, 60% et 100%. Ces phases stables étaient séparées par des phases de transition (12 ± 2 s) durant lesquelles le poids de corps effectif diminuait ou augmentait progressivement. Notre première étude caractérise les ajustements neuromusculaires pendant les phases stables de course en allègement et au retour à normo-poids sur la base de l'activité musculaire. Elle démontre que ces ajustements dépendent du muscle et de la phase du cycle étirement-détente (préactivation, freinage, poussée). En particulier, elle souligne que l'activité des ischio-jambiers augmente pendant la phase d'appui lors de la course en allègement. Notre seconde étude explore ces mêmes ajustements grâce l'analyse complémentaire des synergies musculaires. Elle met en évidence le caractère paradoxal de la course en allègement : la diminution des contraintes mécaniques autorise un contrôle locomoteur flexible, tandis que l'augmentation des contraintes sensorielles et temporelles requiert un contrôle locomoteur robuste. Forte de ces résultats, notre troisième étude caractérise la dynamique des ajustements neuromusculaires lors des phases de transition vers la course en allège-ment et le retour à normo-poids. Nos résultats révèlent que ces ajustements ne sont pas nécessairement terminés à la fin d'une première transition vers l'allègement. Cependant, ils adviennent plus rapidement lors d'une première transition vers le retour à normo-poids, sûrement parce que celle-ci restaure un contexte sensori-moteur familier. Enfin, les ajustements neuro-musculaires se manifestent plus rapidement lors d'une deuxième transition vers l'allègement, suggérant un effet d'apprentissage. Pour conclure, cette thèse met en lumière la richesse des ajustements neuromusculaires à la course en allègement et au retour à normo-poids. Plus largement, elle améliore notre compréhension du contrôle locomoteur humain en réponse à des perturbations externes, tout soulignant l'importance de considérer les phases stables et les phases de transition comme un continuum.
Thesis resume
Runners often encounter external perturbations that challenge their stability and efficiency. The biomechanical and neural adjustments associated with ground-related perturbations, including changes in ground height or stiffness, are well documented. However, the adjustments associated with force-related perturbations remain understudied. In this context, this Ph.D. thesis aims to understand how runners adjust to changes in net vertical force, through the experimental para-digms of unweighting and reloading. Participants completed two runs on a lower body positive pressure treadmill. Each run included three stable phases (3 min), during which the effective body weight was maintained at 100%, 60% and 100%. These stable phases were separated by transition phases (12 ± 2 s), during which the effective body weight gradually decreased or increased. Our first study investigates the neural adjustments during the stable phases of unweighted and reloaded running, based on muscle activity. It highlights that such adjustments depend on the muscle and the stretch-shortening cycle phase (preactivation, braking, push-off). In particular, it indicates that hamstring activity increases during the stance phase at 60% body weight. Our second study characterises the same adjustments through the complementary lens of muscle synergies. It reveals the paradoxical nature of unweighted running: Reduced mechanical constraints enable flexible locomotor control, whereas increased sensory and temporal con-straints necessitate robust locomotor control. Building on these findings, our third study characterises the dynamics of neural adjustments during the transition phases to unweighted and reloaded running – i.e. how they unfold over time. Our results show that the adjustments are not always completed by the end of a first transition to unweighted running. However, they unfold more rapidly during a first transition to reloaded running, probably because the latter reinstates a familiar sensorimotor context. Finally, the neural adjustments occur more rapidly upon a second transition to unweighted running, suggesting a learning effect. In conclusion, this Ph.D. thesis sheds light on the richness of the neural adjustments associated with unweighted and reloaded running. More broadly, it advances our understanding of human locomotor control in the face of external perturbations, emphasising the importance of considering the stable and transition phases as part of a continuum.