Motor control by the cerebellum and brain machine interface for the control of a robotic digit

Contrôle moteur par le cervelet et interface Cerveau-Machine pour commander un doigt robotique

Sofiane Ouanezar (1)

1 TSI - Département Traitement du Signal et des Images

This thesis focuses on motor control modelling in primate, using two specific approaches: -First, following a methodology based on mathematical formalization for the preparation by the Brain, of control signals driving a voluntary movement directed toward a target. The methodology used in this study consists in identifying the functional constraints and in deriving a processing circuit for motor signals, compatible with the anatomical organization of cerebellar pathways, and allowing a hierarchical optimization under the constraints of timeliness and energy-saving expenditure. This approach was applied to the control of a robotic arm with 2 DOF actuated by McKibben muscles and also to the modelling of the primate oculomotor system. -Secondly, following a coding approach. We present here the design and development of an asynchronous brain-machine interface that decodes the data recorded in the Macaque brain to control a robotic finger.

Cette thèse porte sur la modélisation de la commande motrice chez le Primate suivant deux approches : - Tout d'abord, en suivant une formalisation mathématique de la préparation par le Cerveau des signaux de commande d'un mouvement volontaire dirigé vers une cible. La méthode utilisée dans cette étude a été de recenser les contraintes fonctionnelles et d'en déduire un circuit de traitement des signaux moteurs, compatible avec l'organisation anatomique des voies cérébelleuses. Ce circuit a permis une optimisation hiérarchisée, sous les contraintes de rapidité d'exécution et d'économie de la dépense énergétique. Cette approche a été appliquée à la commande d'un bras robotique à 2 d.d.l mû par des muscles de McKibben, et à la modélisation du système oculomoteur du Primate. - Ensuite, en suivant une approche par codage. Nous présentons ici la conception et la mise au point d'une Interface Cerveau-Machine asynchrone qui décode les données cérébrales enregistrées chez le Macaque afin de contrôler un doigt robotique.

Keywords: Neuro-robotic; Motor Control; Optimal control; Cerebellum; Learning; Brain-Machine Interfaces; neural network; Robot manipulator

Keywords: Neuro-robotique; Contrôle moteur; Contrôle optimal; Cervelet; Apprentissage; Interfaces Cerveau-Machine; Réseaux de Neurones; robot manipulateur

Domains: Neurons and Cognition [q-bio.NC]

Sofiane Ouanezar. Contrôle moteur par le cervelet et interface Cerveau-Machine pour commander un doigt robotique. Neurosciences [q-bio.NC]. Télécom ParisTech, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00577959⟩