Projets financés en cours

Résumé du projet : Les athlètes sont soumis à d’importantes contraintes physiques et mentales lors de l’entraînement et de la compétition, ce qui peut compromettre leurs performances et leur santé à long terme. Cela a motivé le développement d’interfaces homme-machine dédiées à la gestion du stress, s’appuyant sur le biofeedback et le neurofeedback. Cependant, ces stratégies restent peu utilisées en raison de l’absence de méthodes fiables et objectives de mesure du stress. Cette mesure est particulièrement difficile en raison de la complexité physiologique et de la forte variabilité individuelle du phénomène de stress. Le manque d’intégration de mesures diverses, combinées ou multimodales, limite la capacité à évaluer avec précision et pertinence l’état de stress vécu par les athlètes. L’intégration de telles mesures permettrait une quantification, une caractérisation et une classification plus fines de ces états.

La solution proposée réunit des indicateurs susceptibles d’apporter un outil de suivi longtemps recherché, pouvant bénéficier à un grand nombre d’athlètes à travers le monde. Ce projet de recherche pluridisciplinaire vise à développer des marqueurs robustes du stress en adoptant une approche multimodale fondée sur des signaux neuro-psycho-physiologiques synchronisés. L’activité corticale et cardiovasculaire est enregistrée simultanément à l’aide de l’électroencéphalographie (EEG), de la spectroscopie fonctionnelle dans le proche infrarouge (fNIRS), de l’électrocardiogramme (ECG), de la mesure continue de la pression artérielle (PA) et de la photopléthysmographie (PPG), en réponse à des stresseurs cognitifs et physiques. Ces signaux, associés aux indicateurs de stress perçu, sont exploités via l’intégration de modèles mathématiques d’interaction cerveau-cœur, de méthodes avancées de traitement du signal et d’algorithmes d’apprentissage permettant d’extraire des schémas pertinents et des indicateurs de stress.

Un protocole expérimental adapté à la collecte de données est défini autour de deux expérimentations. La première sera menée en laboratoire et consistera à enregistrer l’EEG, le fNIRS, l’ECG, la pression artérielle, la PPG ainsi que les mesures de stress perçu chez des sujets sains soumis à divers stresseurs cognitifs et physiques. La seconde sera réalisée auprès d’athlètes au cours d’un programme d’entraînement en surcharge d’une durée de deux semaines ainsi que durant les périodes pré-compétition.

Résumé du projet : Le projet COReLEC propose une innovation majeure visant à optimiser la réhabilitation musculaire des patients fragiles incapables de pratiquer un exercice physique conventionnel, pour des causes variées (ex : alitement prolongé, invalidité, fragilité liée à l’avancée en âge, réhabilitation post-blessure chez les athlètes). Notre approche repose sur la combinaison de deux technologies complémentaires : la stimulation électrique musculaire et la restriction sanguine partielle. Ce projet est mené en collaboration entre l’Unité de Recherche (UR) Motricité, Interactions, Performance de Nantes Université, les sociétés MAD-UP — spécialisées dans la conception de dispositifs de restriction sanguine — ainsi que le CHU de Nantes, partenaire et promoteur du volet scientifique du projet. L’objectif est de générer des avancées à la fois technologiques et scientifiques.

1. La première phase consiste à développer un prototype qui intègre, au sein d’un même dispositif, la stimulation électrique musculaire et la restriction sanguine. Cette intégration constitue un verrou technique et technologique majeur du projet. Notre ambition est d’aboutir à un produit simple d’installation, doté d’une interface utilisateur intuitive permettant une gestion centralisée des paramètres de stimulation et de restriction, actuellement un frein important à leur usage combiné en pratique courante.
2. La seconde phase ambitionne de tester le prototype en laboratoire dans le cadre d’un protocole de recherche expérimental, qui évaluera sa faisabilité (temps d’installation, confort), sa sécurité (survenue d’évènements indésirables) et son efficacité (effets sur la fonction musculaire).

Ce projet est à l’intersection de la médecine physique de réadaptation et de la santé numérique, et s’inscrit dans l’ambition de Nantes Métropole de mettre l’innovation au service de la santé globale (le « bien soigner » et le « bien-être »), et répond aux besoins croissants des structures de santé – centres hospitaliers, cabinets de kinésithérapie, établissements de rééducation – d’accéder à des outils ergonomiques et performants pour améliorer la condition musculaire des patients fragiles. À terme, notre ambition est double : optimiser la réhabilitation musculaire des personnes vulnérables tout en simplifiant et améliorant la pratique des professionnels de santé qui les accompagnent.

Résumé du projet : Chaque année, des milliers de personnes souffrent d’une lésion de la moelle épinière qui perturbe considérablement leur capacité à bouger, à ressentir et à acquérir de nouvelles habiletés motrices. Les lésions de la moelle épinière peuvent exclure des individus de la société, avec des taux inférieurs de scolarisation, d’emploi ou de participation à des événements sociaux et culturels. Dans ce projet, nous visons à créer une interface neurale intuitive qui permettra aux patients atteints d’une lésion de la moelle épinière de contourner leur handicap moteur, leur permettant de produire et d’apprendre des mouvements complexes tout en pratiquant des activités artistiques. Nous croyons que cette technologie a le potentiel d’améliorer leur bien-être, d’accélérer la récupération du contrôle moteur partiel et d’augmenter leur répertoire moteur grâce au processus de réadaptation. Pour cela, nous développerons des systèmes non invasifs avec des algorithmes qui décodent l’activité de nombreux neurones situés dans la moelle épinière et l’utiliserons pour contrôler des instruments de musique virtuels ou des crayons/pinceaux. Profitant de cette technologie, nous explorerons comment la moelle épinière transmet et transforme l’intention nerveuse de bouger en action physique. Enfin, nous adapterons, pour la première fois chez l’homme, un nouveau paradigme d’apprentissage qui alimente le cortex avec des informations directes et amplifiées sur les mouvements intentés pour déclencher l’apprentissage et améliorer le contrôle moteur avec la rééducation. Au-delà de l’art, la technologie développée dans MOSART soutiendra de nouvelles façons pour les patients d’interagir avec des dispositifs d’assistance et pour les thérapeutes de fournir des traitements personnalisés basés sur la neurostimulation.

Résumé du projet : Les interfaces cerveau-machine relient le cerveau à un système automatisé, sans nécessiter le moindre mouvement de la part de l'utilisateur. Nos mouvements étant au centre de nos interactions avec les machines (e.g., taper sur un clavier, saisir et manipuler les commandes d’un avion), les applications potentielles des interfaces cerveau-machine dans le domaine civil et de la défense sont nombreuses. La rupture et l’originalité de notre projet repose sur la détection de la commande nerveuse du mouvement au niveau périphérique plutôt qu’au niveau du cerveau. Plus précisément, nous proposons de mesurer le code nerveux du mouvement au niveau des motoneurones (alpha) spinaux, qui constituent la voie finale de la motricité. Notre équipe est pionnière dans le développement d’approches permettant d’identifier l’activité de motoneurones spinaux en décomposant des signaux électromyographiques, faisant de ces motoneurones les seuls neurones du corps humain dont l'activité (taux de décharge) peut être mesurée de manière non invasive. 

À travers quatre objectifs interconnectées, ce projet ambitionne de développer la future génération d’interfaces Homme-machine :

- Objectif #1 : Identifier les synergies motoneuronales contrôlant la main dans un espace de contrôle impliquant des contraintes mécaniques et nerveuses variées. Cette tâche permettra de définir les plus petites unités de contrôle du mouvement.

- Objectif #2 : Développer une interface neuronale Homme-machine intuitive qui décode la commande du mouvement à partir des synergies motoneuronales. 

- Objectif #3 : Déterminer le niveau de plasticité du contrôle volontaire des motoneurones spinaux. Il s’agira de comprendre si des unités de contrôle peuvent être scindées en plusieurs unités de contrôles indépendantes, un élément essentiel pour l’augmentation du mouvement.

- Objectif #4 : Faciliter le transfert de ces méthodes du laboratoire vers le terrain en simplifiant la mesure de l’activité myoéléctrique à travers le développement d’électrodes hybrides combinant textile et tatouage électronique.

Titre du projet : Les synergies motoneuronales comme nouveau biomarqueur des altérations motrices
Partenaires : 1) Laboratoire motricité humaine expertise sport santé, Université Côte d'Azur, 2) Laboratoire Motricité, interactions, performance, Nantes Université, 3) PHU 10 - Médecine Physique et Réadaptation, CHU de Nantes, 4) Laboratoire de Modélisation des réseaux dynamiques cérébraux, INRIA, 5) Department of Bioengineering, Imperial College London.
Financement obtenu : 472 k€ de l'Agence Nationale de Recherche (ANR). Durée : 42 mois
Porteur du projet : François Hug

Résumé du projet :En déchiffrant le code neural du mouvement, le projet NEUROMOTOR vise à répondre à des questions clefs pour notre compréhension du contrôle du mouvement chez des sujets sains et pathologiques (AVC, lésion de la moelle épinière). Les résultats permettront de développer des études cliniques ambitieuses. Pour atteindre cet objectif, nous modifierons le niveau auquel nous observons le contrôle du mouvement, i.e. du niveau des muscles entiers à celui des motoneurones (alpha) spinaux. Notre équipe est à la pointe des avancées technologiques qui combinent l'électromyographie de surface et des algorithmes de séparation aveugle de sources pour décoder l'activité des motoneurones spinaux de manière non invasive. A partir de l’enregistrement d'une population de motoneurones, nous identifierons les synergies motoneuronales.
Ce projet comporte six volets :
Volet 1 : Évaluer la robustesse des synergies motoneuronales lors de tâches présentant différentes contraintes mécaniques.
Volet 2 : Déterminer si les synergies motoneuronales diffèrent entre des patients ayant subit un AVC et des sujets sains.
Volet 3 : Déterminer si les synergies motoneuronales peuvent être modifiées à court ou à long terme par l'utilisation d'un biofeedback.
Volet 4 : Quantifier les modifications des synergies motoneuronales chez des patients ayant subit un AVC au cours d'un programme de rééducation, et déterminer si ces modifications sont corrélées avec la récupération motrice.
Volet 5 : Identifier les synergies motoneuronales chez des patients atteints de lésions de la moelle épinière ayant subi une transfert de tendon et déterminer si la structure de ces synergies est corrélée à la récupération de l'extension du coude .
Volet 6 : Améliorer le design des électrodes pour identifier des échantillons plus importants et plus représentatifs de motoneurones. Les synergies motoneuronales peuvent constituer un biomarqueur de la plasticité motrice et des améliorations lors de la rééducation