Interpretable representations of human biosignals for individual longitudinal follow-up : application to postural control follow-up in medical consultation

Représentations interprétables de bio-signaux humains pour le suivi longitudinal individuel : application au suivi du contrôle postural en consultation médicale Le suivi longitudinal individuel, dont l'objectif est de suivre l'évolution de l'état d'un individu au cours du temps, est au cœur de nombreuses problématiques de santé publique, particulièrement dans le domaine de la prévention médicale. L'accès croissant à des capteurs non invasifs permettant de mesurer divers bio-signaux (glycémie, fréquence cardiaque, mouvements des yeux, etc.) a encouragé la quantification de la physiologie, de la sensorimotricité ou du comportement humain dans le but de construire des marqueurs pour le suivi individuel. Cet objectif soulève toutefois plusieurs difficultés liées à la modélisation des signaux. Ce type particulier de données est en effet complexe à interpréter tel quel, et, a fortiori, à comparer au cours du temps. Dans cette thèse nous étudions la question de la représentation interprétable des bio-signaux pour le suivi longitudinal à travers la problématique du suivi de l'équilibre en consultation médicale. Cette problématique a des implications déterminantes dans la prévention des chutes et de la fragilité chez les personnes âgées. Nous nous focalisons en particulier sur l'utilisation des plateformes de force, qui sont communément utilisées pour enregistrer des mesures de posturographie, et peuvent être facilement déployées dans le contexte clinique grâce au développement de plateformes peu onéreuses comme la Wii Balance Board. Pour cette application particulière, nous étudions les avantages et les inconvénients de l'utilisation de méthodes d'extraction de caractéristiques ou de la recherche d'un modèle génératif des trajectoires. Nos contributions incluent premièrement la revue et l'étude d'un large ensemble de variables qui sont utilisées pour évaluer le risque de chute chez les personnes âgées, dérivées de la trajectoire du centre de pression (CoP). Ce signal est couramment analysé dans la littérature clinique pour inférer des informations sur le contrôle de l'équilibre. Ensuite, nous développons un nouveau modèle génératif, "Total Recall", basé sur un précédent modèle stochastique du CoP, qui s'est avéré reproduire plusieurs caractéristiques des trajectoires mais n'intègre pas la dynamique entre le CoP et le centre de masse (CoM) -- une dynamique considérée centrale dans le contrôle moteur de la posture. Par ailleurs, la comparaison des méthodes fréquemment utilisées pour l'estimation du CoM en équilibre statique debout permet de conclure qu'il est possible d'obtenir une estimation précise avec la Wii Balance Board. Les résultats montrent la pertinence potentielle du modèle Total Recall pour le suivi longitudinal du contrôle postural dans un contexte clinique. Dans l'ensemble, nous soulignons l'avantage d'utiliser des modèles génératifs, tout en mettant en évidence la complémentarité des deux approches, extraction de caractéristiques et modèles génératifs. En outre, cette thèse s'intéresse à l'apprentissage de représentations sur des données labellisées et adaptées à un objectif particulier de suivi. Nous introduisons de nouveaux algorithmes de classification qui tirent avantage des connaissances a priori pour améliorer les performances tout en conservant une interprétabilité complète. Notre approche s'appuie sur des algorithmes intrinsèquement interprétables et une régularisation sur l'espace des modèles basée sur des heuristiques médicales. Cette méthode est appliquée à la quantification du risque de chute et de la fragilité. Cette thèse défend l'importance de la recherche de méthodes interprétables, conçues pour des applications spécifiques et intégrant des a-priori fondés sur des connaissances expertes. Ces approches montrent des résultats positifs pour l'intégration des bio-signaux sélectionnés et de méthodes d'apprentissage statistique dans le cadre du suivi longitudinal du contrôle postural.