611 - La lognormalité : une fenêtre ouverte sur le contrôle neuromoteur

Ce travail consiste à concevoir un algorithme robuste capable d’extraire des paramètres Delta-Lognormaux globalement optimaux. L’algorithme cherche un optimum global qui approche la solution exacte, dans un délai raisonnable avec une garantie de qualité afin de permettre l’étude des mouvements. Le développement de cet outil d’extraction des paramètres Delta-Lognormaux à partir des mouvements de pointage provenant de gestes neuromoteurs repose sur un algorithme d’optimisation par séparation et évaluation (« Branch-and Bound ») utilisant le concept d’arithmétique par intervalles. La méthode de séparation et évaluation consiste à construire un arbre de recherche à partir d’un espace fini assez grand.  Le grand espace est d’abord construit puis divisé en sous-espaces finis garantissant l’inclusion de la solution recherchée. Les sous-espaces construits sont évalués de manière ingénieuse afin de ne conserver que celui ou ceux qui garantissent d’aboutir à la solution globale. Dans la majorité des cas, la solution globale est soit l’ensemble des minimums ou maximums associés à une fonction de coût. Dans ce travail, il s’agit d’effectuer une régression non linéaire à sept dimensions avec pour objectif la minimisation de l’erreur quadratique entre le modèle Delta-Lognormal et des données provenant de mouvements d’écritures manuscrites recueillis sur des tablettes à numériser. La qualité de l’ajustement doit être supérieure à un seuil défini par le rapport signal sur bruit.

La Théorie Cinématique des mouvements humains rapides a été confirmée dans un grand nombre d'évaluations expérimentales concernant des trajectoires unidimensionnelles et bidimensionnelles, atteignant une qualité élevée de reconstruction du signal et fournissant des caractéristiques neuromusculaires pour l'analyse des mouvements. Dans nos travaux récents, nous avons étendu le modèle cinématique sigma-lognormal à trois dimensions. Dans cet exposé, nous discutons de l'extension du modèle, nous présentons des résultats expérimentaux sur des ensembles de données de référence pour la reconnaissance d'actions et de l'écriture en l'air, puis nous fournissons une perspective sur les travaux et applications futurs.

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.

L'évaluation des habiletés graphomotrices des jeunes élèves est généralement réalisée à travers un ensemble d'épreuves visant à mesurer tant la conformité du produit (lisibilité d'une lettre produite, par exemple) que l'efficience des processus et traitements conduisant à la réalisation du produit (fluidité du geste, par exemple). L'objectif de cette communication est de montrer en quoi la Théorie Cinématique, et ses modèles Lognormaux, peuvent constituer une mesure développementale pertinente de la programmation et la réalisation motrice d'un geste graphique chez les jeunes enfants. Après un rappel de la Théorie Cinématique, et ses modèles Lognormaux, les résultats d'une étude visant à comparer les habiletés graphomotrices d'élèves québécois et français, scolarisés en maternelle et en première année, sera présentée. Entre autres mesures qualitatives et quantitatives de la performance graphique des élèves, les paramètres cinématiques issus de la modélisation en lognormales de la cinématique du geste (ici, tracer une série de traits), varient significativement en fonction du niveau scolaire des élèves, confirmant l'intérêt de la mesure pour compléter les épreuves usuelles d'évaluation des habiletés graphomotrices.

De tout temps, le geste graphomoteur fut utile à l’Homme pour s’exprimer, laisser une trace. Le concept de geste graphomoteur tel que nous le posons recouvre divers gestes intentionnels réalisés par la main, outillée ou non, au contact d’une surface ou dans un espace 3D pour générer une trajectoire signifiante, visuellement perceptible, voire éventuellement rémanente. Ce concept constitue un vecteur et un support dans nombre de situations pédagogiques tout au long du cursus scolaire notamment pour apprendre à écrire. 

Forts de ce constat, il nous parut essentiel dès 2010 d’identifier des voies et outils de questionnement de comportements graphomoteurs d’élèves. Ceci, afin notamment d’estimer les incidences de tels comportements sur les réussites ou difficultés observables dans les situations pédagogiques. C’est dans ce cadre que nous commençâmes l’étude d’usages de modèles lognormaux pour analyser et caractériser divers types de gestes graphomoteurs mobilisés lors de diverses situations pédagogiques.

Les études ici présentées ont trait à la conduite en milieu scolaire de plusieurs expérimentations et au recueil de comportements graphomoteurs de milliers d’élèves de l’école maternelle jusqu’au collège. Elles permirent de vérifier que le principe de lognormalité constitue un support pertinent pour positionner les aptitudes graphomotrices d’élèves, mais aussi pour aider au choix de primitives et d’activités pour l’analyse automatique de comportements graphomoteurs enfantins.

Cette étude pilote examine si le modèle Sigma-Lognormal proposé par la Théorie Cinématique des mouvements humains rapides peut être utilisé pour détecter une différence entre les gestes simples d’écriture exécutés par des enfants à différent moment après avoir subi un traumatisme cérébral léger (TCL). Un total de 90 participants, âgés de 6,00 à 17,99 ans, ayant subi un traumatisme cérébral léger, ont été invités à produire des traits d'écriture sur une tablette numérique à 1 mois et 3 mois après avoir subi la blessure. Le modèle Sigma-Lognormal a été utilisé afin d’analyser les traits exécutés. Ce modèle a montré des différences significatives entre la série de traits produite par les participants 1 mois après la blessure comparativement à celle produite 3 mois après la blessure. On remarque généralement une amélioration de la qualité des traits exécutés avec le temps. Seulement quatre des participants n’ont pas montré de changement significatif durant ce laps de temps. Ces résultats préliminaires serviront d’une base pour la poursuite des recherches sur les avantages de l’utilisation du modèle Sigma-Lognormal pour l’évaluation de l’intégrité des systèmes neuromoteurs après un traumatisme cérébral chez les enfants.

La présente étude avait comme objectif d’examiner si une nouvelle méthode de mesure de motricité fine, soit le test du trait de crayon (Pen Stroke Test, PST), peut déterminer avec précision si un enfant est atteint du trouble déficitaire de l'attention avec ou sans hyperactivité (TDAH). L’étude consistait à comparer un groupe contrôle à un groupe clinique, chaque groupe étant respectivement composé de 12 enfants âgés de 8 à 11 ans.  Les participants avaient à produire des traits d'écriture manuscrite sur un numériseur. Un modèle scientifique basé sur la cinématique et la distribution sigma-lognormale qui en est dérivée a ensuite été utilisé pour analyser les traits. Des mesures standard de la motricité fine et de l'écriture manuscrite ont également été obtenues. Les enfants atteints de TDAH ont montré une planification (temps d'occurrence de la commande motrice, distance parcourue) et une exécution motrice (en termes du nombre de lognormales (nbLog)) moins bonnes et une plus grande variabilité du contrôle moteur (rapport signal sur bruit (SNR) divisé par le nombre de lognormales (SNR/nbLog)) que les témoins. Les paramètres extraits du test du trait de crayon (PST) étaient significativement corrélés avec la performance obtenue sur d'autres mesures motrices et d'écriture manuscrite. Cette étude fournit des preuves préliminaires indiquant que le PST peut être un outil utile pour détecter les déficits d'habileté motrice chez un individu atteint de TDAH.

Chaque année au Canada, 27 000 bébés naissent prématurément entre 29 et 36 semaines de gestation. Ces enfants sont plus à risque que les enfants nés à terme de rencontrer des défis d'apprentissage en raison de difficultés développementales, dont des difficultés de motricité fine et de grapho-motricité.Identifier les enfants nés prématurés les plus à risque de défis d'apprentissage est essentiel afin que les services répondant aux besoins de l’enfant puissent être mis en place et débutés avant l'entrée à l'école. Dans cette perspective, le test du trait de crayon, développé par Pr Plamondon, présente un intérêt considérable. Ce test consiste à produire des traits de crayon sur une interface informatisée, qui sont ensuite analysés à l’aide de modèles lognormaux. Des données récentes soutiennent l’utilité du test pour différencier les niveaux de graphomotricité des enfants âgés entre 3 et 5 ans. Notre objectif de recherche est de déterminer la validité concurrente de ce test pour identifier les enfants prématurés qui présentent des difficultés développementales (cognitives, motrices, langagières et comportementales ) à 4.5 ans. Le test sera administré à 241 enfants prématurés déjà suivis depuis leur naissance au CHU Sainte-Justine dans le cadre d’un projet de recherche longitudinal. Une batterie d’outils d’évaluation couvrant les sphères motrice, cognitive, langagière et comportementale permettra de déterminer la présence ou non de difficultés développementales à 4.5 ans. 

Le TDAH est l'un des troubles neurodéveloppementaux les plus fréquents chez les enfants, touchant 5 à 10 % d'entre eux. Toutefois, le diagnostic du TDAH est souvent confondu avec d'autres troubles, car il repose actuellement sur des évaluations qualitatives comme des observations comportementales et des entretiens avec les parents et les enseignants, qui peuvent être sujets à des erreurs de jugement et à des biais. La recherche de nouvelles approches pour un diagnostic objectif est donc essentielle. Dans ce projet, l'utilisation de la lognormalité a été explorée pour diagnostiquer le TDAH chez les enfants via des jeux de réalité virtuelle (VR). Les données analysées ont été enregistrées par un accéléromètre situé dans la manette de la main dominante. Le jeu utilisé lors de cette preuve de concept a été développé par l’entreprise Aleo VR. Cette analyse en 3D des mouvements est un nouveau défi en raison des nombreuses variables impliquées dans le processus de jeu et l'utilisation de la VR présente de nombreux avantages. Ces jeux sont souvent plus attrayants pour les enfants que les évaluations traditionnelles, ce qui peut aider à réduire l'appréhension associée à ces évaluations. De plus, ils peuvent fournir des données plus précises sur le comportement de l'enfant. Bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires, les avantages potentiels de l'analyse de la lognormalité pour le diagnostic précoce du TDAH en font un projet de recherche prometteur.