Colloque

Comparaison d’algorithmes symboliques et connexionnistes pour corréler l’âge d’enfants en santé avec des paramètres neuromoteurs Sigma-Lognormaux

Zigeng Zhang

Christian O' Reilly

Réjean Plamondon

Membre a labase

Zigeng Zhang : Polytechnique Montréal

Résumé de la communication

L’évaluation de la maturité du contrôle moteur est importante pour aider les médecins à diagnostiquer un retard ou une instabilité du développement moteur chez les enfants. Mais il est toujours difficile de concevoir des méthodes qui soient pratiques à mettre en œuvre et qui sont en même temps précises. L’objectif de cette étude est de développer un algorithme efficace pour prédire la maturité du contrôle moteur basé sur la Théorie Cinématique des mouvements humains rapides. Pour cette étude, 513 enfants marqués normaux de 5,5 à 13 ans sont concernés qui ont effectué des traits écrits sur une tablette électronique. Les paramètres Sigma-Lognormaux ont été extraits des traits et ont été utilisés comme entrée du modèle prédictif. Plusieurs modèles différents ont été comparés et ils ont donné de bons résultats compte tenu de la variabilité intra-enfant des traits manuscrits et de la variabilité inter-enfant de la maturité du contrôle moteur. Le meilleur résultat a été obtenu avec les modèles basés sur les réseaux neuronaux : coefficient de détermination (R2) : 0,548. Plus de 90% des prédictions ont une erreur relative inférieure à 20%. En conclusion, notre étude montre que le modèle Sigma-Lognormal propose une nouvelle possibilité pour estimer la maturité du contrôle moteur, cette nouvelle approche en complément des méthodes traditionnelles, est rapide et confortable pour l’utilisateur dans un contexte des pré-pistages avec moins d’incertitude objective.

Résumé du colloque

La théorie cinématique des mouvements humains (l’une des dix découvertes de l’année, Québec Science, 1995) peut décrire, à l’aide d’une équation fondamentale appelée « fonction lognormale », la vitesse d’un effecteur terminal lors de la production d’un geste. Au fil des ans, des logiciels ont été développés pour faire la rétro-ingénierie des mouvements en les reconstruisant, et cette reconstruction fournit des paramètres centraux qui représentent l’état global du cerveau, et périphériques qui décrivent les propriétés des systèmes neuromusculaires ayant produit ce mouvement. La théorie a été testée et validée dans de nombreuses expériences et utilisée avec succès pour décrire les propriétés essentielles des profils de vitesse des doigts, du poignet, du tronc, de la tête, des yeux... Ceci a conduit le professeur Plamondon, concepteur de cette théorie, à postuler le principe de lognormalité, qui stipule que la réponse impulsionnelle lognormale d’un système neuromusculaire émerge d’un processus convergent piloté par le théorème de la limite centrale. Cette caractéristique globale optimale reflète le comportement d’individus qui maîtrisent parfaitement leurs mouvements et peut servir de biomarqueur pour caractériser le contrôle neuromoteur d’une personne. En effet, la production de mouvements complexes est réalisée par la superposition temporelle et la sommation de vecteurs de vitesse lognormaux, dans le but de minimiser leur nombre dans une tâche donnée, pour produire des gestes efficaces et fluides, en minimisant l’énergie nécessaire pour les générer. En corollaire, l’apprentissage du contrôle moteur chez les enfants peut être interprété comme une migration vers la lognormalité. Ensuite, pendant la plus grande partie de leur vie, les adultes normaux profitent de leur lognormalité pour contrôler leurs mouvements. Enfin, à mesure que le vieillissement se manifeste et que les problèmes de santé augmentent, on observe une déviation progressive de la lognormalité.

À ce jour, plus de vingt équipes de recherche de huit pays collaborent ou ont collaboré avec le professeur Plamondon pour étudier différentes applications de la lognormalité. Ce colloque se veut à la fois une rétrospective et une prospective de ces études. Il porte donc sur une sélection des travaux passés, de certains qui sont en cours et d’autres qui sont en démarrage. En plus des spécialistes en traitement du signal, en neuropsychologie, neuroscience, en éducation, en kinésiologie, pédiatrie, des étudiants ayant fait des stages ou études au laboratoire Scribens ou ses laboratoires affiliés de même que des jeunes entrepreneurs qui prévoient utiliser la lognormalité comme métrique dans leur produit participent à ce colloque.