Thèse Stimulations et Feedbacks Multimodaux pour la Marche en Réalité Augmentée Application à la Rééducation H/F - Université Paris-Saclay GS Informatique et sciences du numérique

Établissement : Université Paris-Saclay GS Informatique et sciences du numérique
École doctorale : Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication
Laboratoire de recherche : IBISC - Informatique, BioInformatique, Systèmes Complexes
Direction de la thèse : Samir OTMANE ORCID 0000000322214264
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59

L'objectif de cette thèse est de concevoir, développer et évaluer des feedbacks et des stimulations virtuels multimodaux dans le cadre de la marche en Réalité Augmentée, afin de mieux comprendre leur impact sur le mouvement et la performance de marche, et d'intégrer ces connaissances dans un jeu vidéo actif de rééducation.

La rééducation de la marche est essentielle dans la prise en charge de nombreux troubles neurologiques et musculo-squelettiques : AVC, paralysie cérébrale, suite d'opération ou de blessure, etc. Comme d'autres méthodes de rééducation conventionnelles, elle se heurte à des limites : manque de motivation des patients, manque de feedbacks, personnalisation limitée des protocoles, ou encore difficulté à reproduire des environnements écologiques. La réalité augmentée (RA) émerge comme une solution innovante adaptée à ces problématiques. Contrairement à la réalité virtuelle (RV), la RA combine un ancrage dans le monde réel qui préserve la perception naturelle de l'espace, de soi, et des autres, et une immersion dans un monde virtuel qui apporte de nouvelles informations, stimuli et feedbacks audio-visuels thérapeutiques et individualisables.

Le laboratoire IBISC collabore actuellement avec la Fondation Ellen Poidatz dans le projet ARROW, dont l'objectif est de développer, évaluer et industrialiser une plateforme de jeux vidéo actifs pour la rééducation à la marche en Réalité Augmentée [1,2]. Cette solution technologique permet aux patients de réaliser des protocoles d'exercices dans leur environnement réel, avec leurs aides usuelles, tout en leur apportant un accompagnement thérapeutique et ludique. Elle fournit également une analyse de leurs performances utile pour l'équipe thérapeutique. Après une 1ère version en cours d'évaluation clinique, le projet est actuellement en phase de transfert technologique.

L'un des défis du projet est l'ajout d'objets virtuels, de stimulations visuelles, audio voire haptique ou encore de feedbacks, qui soient à la fois cohérents avec le jeu, pertinents et utiles pour la rééducation de la marche, et adaptés aux besoins du patient. Des travaux récents ont par exemple montré l'impact bénéfique d'un son spatialisé pour améliorer la performance de marche en réalité virtuelle [3], l'utilité d'un entrainement à la marche avec retour auditif pour améliorer le contrôle du tronc et l'activation des muscles chez les patients hémi-parétiques post-AVC [4] ou encore la modification de la cadence de marche chez des sujets sains soumis à des stimulations audio ou visuelles [5].

Nos travaux ont permis de concevoir un modèle des feedbacks adapté au contexte de la réalité augmentée, et de comparer plusieurs mécaniques de feedbacks visuels pour contrôler la vitesse de marche des patients [6], qui ont ensuite été intégrées dans le jeu.

Cependant, beaucoup de questions se posent encore pour arriver à concevoir des retours ou des stimulations multimodaux pertinents pour les patients, et comprendre réellement leur impact sur les performances et les paramètres spatiaux-temporels de la marche ou plus généralement sur l'activité de rééducation.

Objectifs du travail de thèse et résultats attendus:

Cette thèse propose donc de concevoir, développer et évaluer des stimulations et des feedbacks virtuels multimodaux pour mieux comprendre les mécanismes de la marche en réalité augmentée, et ainsi contribuer à la mise en place de meilleures méthodes de rééducation motrice.
Pour cela, le travail consistera à
-Faire un état de l'art des travaux existants, en ayant une approche multidisciplinaire (rééducation, réalité virtuelle et augmentée, apprentissage moteur)

-S'approprier les matériels, applications et codes disponibles au laboratoire

-Participer à l'identification des pistes de recherche

-Concevoir et prototyper des mécaniques de stimulations et de feedbacks. On s'intéressera notamment :
- Au paramétrage spatial des objets et des guides virtuels : position, taille, trajectoire, dynamique,
comportement vis-à-vis de l'utilisateur...
- A la sonification de la pose du pied : type de son, délai, rythme...
- Au rôle des vibrations par l'intermédiaires de vestes ou d'actionneurs portables

-Mise en place d'expérimentations auprès de participants sains ou de patients :
- Choix d'un protocole expérimental et de métriques sur la base de l'état de l'art
- Développement logiciel du protocole
- Participation à la rédaction d'un dossier au comité éthique
- Réalisation de pré-tests
- Réalisation de l'évaluation
- Analyse des résultats

-Publier les travaux dans des conférences et/ou revues internationales reconnues.

Profil recherché :
-Diplômé(e) de Master 2 ou Ecole d'Ingénieur, en informatique ou nouvelles technologies pour la santé
-Connaissance des interactions humains-machines et de la réalité virtuelle et/ou augmentée. Intérêt pour la conception d'interactions, le prototypage, et les tests utilisateurs.
-Compétences en développement logiciel (type Unity/C#), bons bagages scientifiques.
-Bonne maitrise de la communication en français et en anglais (oral/écrit).
-Qualités recherchées : grande motivation, autonomie, rigueur, force de proposition, ouverture aux approches pluridisciplinaires.
La candidature devra être accompagnée d'un CV, d'une lettre de motivation et des relevés de notes M1 et M2. Les avis d'enseignants et du responsable du stage de M2 seront appréciés.