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La nociception est un système d’alarme spécialisé dans la détection d’évènements potentiellement nocifs pour l’organisme. Les informations nociceptives sont traitées en priorité par le cerveau et captent l’attention involontairement (un mécanisme ascendant). Cependant, l’information sensorielle à laquelle nous portons attention volontairement est sélectionnée pour être priorisée (un mécanisme descendant). Ainsi, le traitement de l’information nociceptive est déterminé par une balance attentionnelle résultant de la compétition entre les signaux ascendants et descendants. Or, des situations où plusieurs stimuli nociceptifs ont lieu simultanément se produisent couramment. Mais quels mécanismes permettent au système nerveux central de s’adapter à de telles situations? Cela demeure méconnu à ce jour. L’objectif principal de cette thèse était de mieux comprendre les mécanismes d’intégration cérébrale de l’information nociceptive. Cette thèse inclut quatre études examinant l’intégration cérébrale de l’information nociceptive bilatérale dans différentes conditions expérimentales. Dans ces études, nous avons investigué comment l’intégration de l’information nociceptive est affectée par 1) la latéralisation hémisphérique présumée distincte entre les droitiers et les gauchers, 2) la modalité utilisée pour induire la douleur (stimuli laser sélectifs aux nocicepteurs et stimuli électriques non spécifiques), 3) l’attention spatiale et 4) la proximité des régions corporelles stimulées. Dans chaque étude, au moins vingt participants furent recrutés et reçurent soit des stimuli électriques (étude 1 et 3) ou lasers (étude 2 à 4) douloureux. L’activité du cerveau fut enregistrée avec l’électroencéphalographie. Les stimulations unilatérales et bilatérales furent appliquées sur les chevilles (étude 1) et sur les mains (études 2 à 4). Les variables d’intérêts étaient la perception de la douleur, les potentiels évoqués, et les oscillations cérébrales évoquées entre 2 et 100 Hz. Nos résultats indiquent que l’effet le plus reproductible lors d’une stimulation laser ou électrique bilatérale comparée à une stimulation unilatérale, est une augmentation de l’amplitude des réponses cérébrales (potentiels évoqués et oscillations cérébrales dans certaines bandes de fréquences). De plus, la comparaison entre les gauchers et les droitiers indique que ces effets sont comparables malgré la latéralisation hémisphérique présumée. Par ailleurs, l’augmentation des réponses cérébrales est modulée par la proximité des régions corporelles stimulées. Quant à la perception de la douleur, elle augmente pour les stimuli bilatéraux lorsque ces derniers sont appliqués sur les chevilles ou les mains. Pour les mains, cet effet dépend toutefois de la distance entre les mains et de l’attention spatiale, étant observé seulement lorsque les mains sont rapprochées l’une de l’autre ou lorsque l’attention spatiale est dirigée vers les deux mains plutôt qu’une seule. Ces résultats montrent que l’intégration cérébrale de l’information nociceptive bilatérale est modulable, et nous proposons que l’augmentation des réponses cérébrales lors d’une stimulation bilatérale reflète une augmentation de la saillance et de la capture attentionnelle. Cette intégration et sa modulation par différents facteurs permettraient au système nerveux central de produire des réponses adaptées selon les sources de nociception et la balance attentionnelle., Nociception is an alarm system specialized in the detection of events that are potentially harmful to the body. Nociceptive processing is prioritized in the brain and is particularly adept at capturing attention automatically and involuntarily (i.e., a bottom-up mechanism). However, the sensory information to which we voluntarily pay attention (a top-down mechanism) is also prioritized. Thus, the processing of nociceptive information is subject to a bottom-up and top-down attentional balance. However, situations where several nociceptive stimuli take place simultaneously are common. The mechanisms that allow the nervous system to manage this attentional balance in such situations remain poorly understood. The main objective of this thesis was to better understand the integration of nociceptive information. This thesis presents four studies examining the cortical integration of bilateral nociceptive stimuli. These studies investigated the role of 1) the hemispherical lateralization of pain that is presumed to be different between left- and right-handed individuals, 2) the modality (a bottom-up mechanism) used to induce pain, 3) spatial attention (a top-down mechanism), and 4) between-limb proximity in the integration of bilateral painful stimuli. In each study, at least twenty participants were recruited and received either painful but tolerable electrical (Studies 1 and 3) or laser (Studies 2 to 4) stimulation. Brain activity was recorded via electroencephalography. Unilateral and bilateral stimulations were delivered to the ankles (Study 1) and to the hands (Studies 2 to 4). The variables of interest were pain perception, evoked potentials (ERP), and event-related spectral perturbations (ERSP) from 2 to 100 Hz. In the first study, the impact of the hemispherical lateralization of pain processing (located mainly in the right hemisphere) on the integration of pain stimuli was examined by comparing left-handed and right-handed participants. In the second study, lasers selectively activating nociceptors were used to study the integration of bilateral nociceptive stimuli specifically. The third study sought to explain the observed discrepancies between laser and electrical modalities in Studies 1 and 2 by comparing these modalities in the same participants and in two separate experiments. The fourth study explored the role of spatial attention and limb proximity in the integration of bilateral nociceptive stimuli. The results show that bilateral painful stimuli led to increases in ERP and some ERSP frequencies compared to unilateral stimuli. These results were similar between left-handed and right-handed people. More variability was noted for laser compared to electrical stimuli with the most reproducible response being an increase in ERP and ERSP. Finally, this increase was modulated by limb proximity. Pain perception was increased for bilateral stimuli to the ankles. It was also increased for bilateral stimuli to the hands, but only when the limbs were in close proximity or when spatial attention was global. These results suggest that bilateral painful stimuli are integrated, which possibly reflects an increase in salience and attentional capture. This would allow the central nervous system to produce adapted responses in the face of increased danger.

La première année de vie constitue une période critique du neurodéveloppement, car la plasticité cérébrale atteint son maximum. Pour cette raison, l’identification et la caractérisation des indices objectifs sensibles au neurodéveloppement et au développement cognitif du nourrisson durant cette période représentent une démarche indispensable afin de favoriser la détection précoce d’une altération. Dans ce contexte, le but principal de cette thèse était de contribuer, d’une part, à l’évaluation de la suppression neuronale (SN) et de la détection du changement comme indicateurs du développement cognitif du nourrisson durant la première année de vie, et d’autre part, à l’évaluation de l’impact de la macrocéphalie comme trait isolé sur l’activité cérébrale. Effectivement, la SN et la réponse de détection du changement ont été proposées comme les corrélats électrophysiologiques de l’habituation et de la réponse de nouveauté. Ces réponses reflètent des processus d’apprentissage sensoriel qui constituent la base de fonctions cognitives plus complexes. Toutefois, le lien entre ces réponses et le développement cognitif général du nourrisson durant la première année de vie n’a pas été suffisamment exploré. Afin de combler ce manque, l’objectif du premier article de cette thèse consistait à caractériser la SN et la détection du changement durant la première année de vie. Pour ce faire, nous avons évalué l’effet de l’âge et l’effet des habiletés adaptatives sur la SN et la réponse de détection du changement chez une population neurotypique de nourrissons âgés de 3 à 11 mois. Les habiletés adaptatives constituent une mesure du développement cognitif et comportemental du nourrisson souvent utilisée pour déterminer le niveau de sévérité d’un trouble neurodéveloppemental. Afin de mieux caractériser les réponses d’intérêt, nous avons utilisé la technique des potentiels évoqués et la technique des oscillations cérébrales (puissance spectrale et cohérence de phase). Nos résultats ont montré que la SN et la réponse de détection du changement ont été sensibles à la maturation cérébrale associée à l’âge et aux habiletés adaptatives du nourrisson, révélant différents patrons de réponses en fonction de l’âge et des habiletés adaptatives. De plus, ces patrons ont impliqué non seulement la SN et la détection du changement, mais aussi une augmentation de la réponse associée à la répétition (RE par ses sigles en anglais, repetition enhancement), ce qui est cohérent avec la littérature qui suggère que la SN et le RE constituent des processus complémentaires impliqués dans l’apprentissage sensoriel. Enfin, nos résultats ont révélé que les oscillations thêta et les oscillations gamma ont été les plus sensibles autant à la maturation cérébrale associée à l’âge qu’au développement cognitif et comportemental du nourrisson. Dans un deuxième temps, nous avons souhaité évaluer l’impact de la macrocéphalie comme trait isolé sur l’activité cérébrale chez le nourrisson autrement neurotypique. En effet, la présence d’une macrocéphalie durant la première année de vie a été associée aux troubles neurodéveloppementaux ; toutefois, la plupart des études ont été effectuées chez les populations pathologiques. En revanche, l’impact de la macrocéphalie comme trait isolé dans la population générale a été très peu exploré. Dans cette étude, nous avons comparé le signal électroencéphalographique (EEG) entre un groupe témoin et un groupe macrocéphalique de nourrissons en bonne santé âgés de 3 à 11 mois. Cette comparaison a été réalisée en deux étapes. Dans la première étape, qui correspond au deuxième article de cette thèse, nous avons comparé la complexité cérébrale à l’état de repos, mesurée à l’aide de l’entropie multiéchelle. Par la suite, dans le troisième article, les réponses de SN et de détection du changement ont été comparées. Concernant la complexité cérébrale, nos résultats ont mis en évidence une diminution de l’entropie multiéchelle chez le groupe macrocéphalique, et ce, surtout dans les échelles temporelles plus grossières. En ce qui concerne les réponses de SN et de détection du changement, nos résultats ont révélé différents patrons de réponses entre les groupes. Plus précisément, le groupe macrocéphalique a montré une plus forte réponse au changement dans les oscillations bêta. Ensemble, nos résultats ont permis de montrer la pertinence des effets de répétition (SN et RE) et de la réponse de détection du changement comme indices non seulement de la maturation cérébrale associée à l’âge, mais surtout des habiletés adaptatives du nourrisson. De plus, cette recherche a démontré un impact significatif de la macrocéphalie sur l’activité cérébrale durant la première année de vie, ce qui souligne l’importance d’approfondir la compréhension de cet effet et de ses conséquences à long terme., The first year of life is considered a critical period for neurodevelopment given that brain plasticity has shown to be maximal during this period. For this reason, the identification and characterization of objective and sensitive indicators of brain and cognitive development is essential to promote an early detection of brain dysfunction and an effective intervention. In this context, the main goal of this research was on the one hand, the evaluation of the repetition suppression (RS) and change detection responses as indicators of infant’s cognitive development during the first year of life and, on the other hand, the evaluation of the impact of macrocephaly as an isolated trait on brain activity. RS and change detection response have been proposed as the electroencephalographic correlates of habituation and novelty detection. These responses are thought to reflect basic perceptual learning processes that underlie more complex cognitive functions. However, the relationship between these electrophysiological responses and general cognitive development during the first year of life has not been sufficiently explored. To address this issue, the first objective of this dissertation was to characterize RS and change detection responses during the first year of life. With this aim, we evaluate age and adaptive skills effects on RS and change detection responses in neurotypical infants aged between 3 and 11 months. We used Event Related Potentials technique (ERPs) and brain oscillations (spectral power and phase coherence) to better characterized the responses of interest. We use adaptive skills as a measure of infants’ cognitive and behavioral development, which is frequently used to determine the severity of neurodevelopmental disorders. Our results revealed that RS and change detection responses were sensitive to brain maturation associated with age and to adaptive skills, showing differential patterns of response as a function of age and infant’s adaptive skills. Further, these patterns of response involved not only the RS and change detection responses, but also a repetition enhancement (RE) response. These findings are consistent with previous literature suggesting that RS and RE constitute complementary processes involved in perceptual learning. Finally, our results revealed that theta and gamma oscillations were more sensitive not only to brain maturation associated with age, but also to infant’s cognitive and behavioral development. Subsequently, we investigated the impact of macrocephaly as an isolated trait on brain activity in otherwise neurotypical infants. Indeed, the presence of a macrocephaly during the first year of life has been associated with neurodevelopmental disorders, however most of the studies have involved pathological populations. By the contrary, the impact of macrocephaly as an isolated trait in general population has been rarely explored. In this study, we compared EEG signal between a control group and a macrocephalic group of healthy infants aged between 3 and 11 months. This comparison was undertaken in two stages. In the first stage, corresponding to the second article of this dissertation, we compared brain complexity, as measured by multiscale entropy, at resting state. Thereafter, in the third article, we compared RS and change detection responses. With respect to brain complexity, our results showed a decrease in multiscale entropy in the macrocephalic group, particularly in the coarser time scales. Regarding RS and change detection responses, our results revealed distinct response patterns between groups. To be more precise, the macrocephalic group showed greater change detection response in terms of beta oscillations. Together, our results emphasize the significance of repetition effects (RS and RE) and change detection response, not only as indicators of brain maturation associated with age, but more importantly as indicators of infant’s adaptive skills. Further, this research showed a significant impact of macrocephaly as an isolated trait on brain activity during the first year of life, highlighting the need for further investigation of this effect and its long-term consequences., El primer año de vida constituye un periodo crítico para el neurodesarrollo, ya que la plasticidad cerebral alcanza su máximo potencial. Por esta razón, la identificación y la caracterización de índices objetivos sensibles al neurodesarrollo y al desarrollo cognitivo del niño durante este periodo constituye un proceso indispensable para favorecer la detección precoz de una alteración. En este contexto, el objetivo principal de esta tesis ha sido contribuir, por un lado, a la evaluación de la supresión neuronal (SN) y de la respuesta de detección del cambio, como indicadores del desarrollo cognitivo del niño durante el primer año de vida y, por otro lado, a la evaluación del impacto de la macrocefalia como rasgo aislado sobre la actividad cerebral. En efecto, la SN y la respuesta de detección del cambio han sido propuestos como correlatos electrofisiológicos de la habituación y de la respuesta a la novedad. Dichas respuestas reflejan procesos de aprendizaje sensorial que constituyen la base de funciones cognitivas más complejas. Sin embargo, el vínculo entre estas respuestas y el desarrollo cognitivo general del niño durante el primer año de vida no ha sido suficientemente explorado. Con el fin de subsanar esta falta, el objetivo de primer artículo de esta tesis consistió en caracterizar la SN et la respuesta de detección del cambio durante el primer año de vida. Para ello se evaluó el efecto de la edad y de las habilidades adaptativas sobre la SN et la respuesta de detección del cambio en una población neurológicamente intacta de bebés con edades entre 3 y 11 meses. Las habilidades adaptativas constituyen una medida del desarrollo cognitivo y comportamental del niño con frecuencia utilizada para determinar la severidad de una alteración del neurodesarrollo. Con el objetivo de caracterizar de mejor manera las respuestas de interés, se utilizaron simultáneamente la técnica de potenciales evocados y la técnica de las oscilaciones cerebrales (poder espectral y coherencia de fase). Los resultados mostraron que la SN y la respuesta de detección del cambio fueron sensibles a la maduración cerebral asociada a la edad y a las habilidades adaptativas del bebé, revelando diferentes patrones de respuesta en función de la edad y de las habilidades adaptativas. Además, estos patrones de respuesta involucraron no solamente la SN y la respuesta de detección del cambio, sino también un incremento de respuesta asociado a la repetición (RE por sus siglas en inglés, repetition enhancement), lo cual es coherente con la literatura que sugiere que la SN et la RE, constituyen procesos complementarios implicados en el aprendizaje sensorial. Finalmente, nuestros resultados revelaron que las oscilaciones theta y gamma fueron las más sensibles tanto a la maduración cerebral asociada a la edad como al desarrollo cognitivo y comportamental de bebé. En un segundo momento, el estudio se dirigió a evaluar el impacto de la macrocefalia como rasgo aislado sobre la actividad cerebral del niño neurológicamente intacto. En efecto, la presencia de una macrocefalia durante el primer año de vida ha sido asociada a diversas alteraciones del neurodesarrollo, sin embargo, la mayoría de los estudios han sido efectuados en poblaciones con alguna patología. Por el contrario, el impacto de la macrocefalia como rasgo aislado en la población general ha sido muy poco explorado. En este estudio, se comparó la señal electroencefalográfica (EEG) entre un grupo control y un grupo de bebés con macrocefalia, todos ellos sanos y neurológicamente intactos, y con edades entre 3 y 11 meses. Dicha comparación tuvo lugar en dos etapas. En la primera etapa, que comprende el segundo artículo de esta tesis, se comparó la complejidad cerebral al estado de reposo, medida en términos de la entropía multiescala. Seguidamente, en el tercer artículo de esta tesis, se compararon las respuestas de SN y de detección del cambio. Con respecto a la complejidad cerebral, los resultados ponen en evidencia una disminución de la entropía multiescala en el grupo con macrocephalia, particularmente en las escalas temporales más gruesas. En lo que se refiere a las respuestas de SN y de detección del cambio, los resultados revelan diferentes patrones de respuesta entre los grupos. Específicamente, el grupo con macrocefalia mostró una mayor respuesta al cambio en las oscilaciones. En conjunto, nuestros resultados enfatizan la relevancia de los efectos de repetición (SN y RE) y de la respuesta de detección del cambio como índices no sólo de la maduración cerebral asociada con la edad, sino principalmente, de las habilidades adaptativas del bebé. Adicionalmente, esta investigación demuestra el impacto significativo que la macrocefalia tiene sobre la actividad cerebral durante el primer año de vida, lo que subraya la importancia de profundizar en este efecto y sus posibles consecuencias a largo plazo.

Le syndrome de Gilles de la Tourette (SGT), le trouble obsessionnel compulsif (TOC) et les comportements répétitifs centrés sur le corps (CRCC) sont trois troubles qui présentent de nombreuses similarités, autant d’ordre phénoménologique que neuroanatomique et fonctionnel. Toutefois, malgré une recension des écrits pointant vers un possible spectre incluant ces trois troubles, les études qui ont contrasté ceux-ci se font peu nombreuses. Étudier les processus cognitifs affectés dans chacune de ces conditions cliniques permettrait alors d’offrir une meilleure compréhension des différences et des similarités entre celles-ci. D’ailleurs, l’utilisation des potentiels évoqués comme technique d’imagerie cérébrale offre l’avantage de mesurer l’activité cérébrale avec une excellente résolution temporelle. Les composantes de potentiels évoqués permettent alors de refléter certains processus cognitifs, notamment les processus attentionnels et mnésiques, qui sont connus comme étant potentiellement affectés dans ces trois troubles. Notre objectif était donc de comparer l’amplitude de trois composantes (P200, N200 et P300) entre des groupes de participants atteints du SGT (n=24), du TOC (n=18) et des CRCC (n=16), qui ont tous été appariés à un groupe contrôle (n=59) dans une tâche de oddball visuelle cognitive. Nos résultats n’ont d’abord montré aucune différence intergroupe pour la P200 et la N200 lorsqu’on contrôle pour les symptômes anxio-dépressifs, ce qui laisse présager que les processus cognitifs reflétés par ces composantes sont intacts dans ces populations cliniques. En ce qui a trait à la composante P300, nos résultats ont montré une diminution de l’effet oddball P300 pour les groupes SGT et TOC comparativement au groupe contrôle, alors qu’un effet oddball intact a été observé pour le groupe CRCC. Les analyses de localisation de sources ont révélé des activations dans le gyrus lingual et le gyrus occipital moyen pour le groupe TOC, ce qui le distingue des deux autres groupes cliniques et du groupe contrôle. En effet, ceux-ci ont plutôt montré des activations dans le cortex cingulaire pour la génération de cet effet oddball. Ainsi, il semblerait que les groupes SGT et TOC présentent des déficits dans la mémoire de travail, tels que dégagés par les altérations de la composante P300, mais que des régions cérébrales différentes soient impliquées dans la génération de ces activations anormales., Tourette Syndrome (TS), Obsessive-Compulsive Disorder (OCD) and Body-Focused Repetitive Behaviors (BFRB) are three disorders that share many similarities in terms of phenomenology, neuroanatomy and functionality. However, despite a literature review pointing towards a possible spectrum including these three disorders, only a few studies compared them in the same context. Studying the cognitive processes affected by these clinical conditions would provide a better understanding of their differences and similarities. Moreover, using EventRelated Potentials (ERP) as a brain imaging technique offers the advantage of measuring brain activity with excellent temporal resolution. The ERP components can then reflect specific cognitive processes, notably attentional and memory processes, which are known to be potentially affected in these three disorders. Our aim was, therefore, to compare the amplitude of three ERP components (P200, N200, and P300) across groups of participants with TS (n=24), OCD (n=18), and BFRB (n=16), all of whom were matched to a control group (n=59), in a cognitive visual oddball task. Our results initially showed no group differences for the P200 and N200 when controlling for anxiety and depressive symptoms, suggesting that the cognitive processes reflected by these components are intact in these clinical populations. Concerning the P300 component, our results showed a decrease in the P300 oddball effect for the SGT and OCD groups compared to the control group, whereas an intact oddball effect was observed for the BFRB group. Furthermore, source localization analyses revealed activations in the lingual and middle occipital gyrus for the OCD group, distinguishing it from the other two clinical groups and the control group. Indeed, these groups showed activations in the cingulate cortex to generate this oddball effect. Thus, it seems that the TS and OCD groups show deficits in working memory, as revealed by alterations in the P300 component, but those different brain regions are involved in generating these distinct activations.

The purpose of this project was to gain more knowledge about cognitive control mechanisms underlying fluctuations of sustained attention. To this end, we relied on different methodologies to distinguish periods of optimal and suboptimal attention, (i.e., based on intraindividual variability in reaction time, subjective report or by isolating periods of attentional lapses). Our results reveal that periods of optimal attention were associated with engagement of both proactive and reactive modes of control in healthy subjects, whereas in inattentive subjects and patients with schizophrenia, these periods were associated with engagement of the reactive mode of control only. During periods of suboptimal attention, in healthy subjects, the disengagement of the proactive control mode alone reveals the central role played by the dorsolateral prefrontal cortex in fluctuations of sustained attention. In inattentive subjects and schizophrenic patients, it is more the medial prefrontal cortex, which underlies the reactive control mechanisms that would be involved., L’objectif de ce travail de thèse était d’avancer sur les mécanismes de contrôle cognitif associés aux fluctuations attentionnelles. A cette fin, nous nous sommes appuyés sur différentes méthodologies pour distinguer des périodes d’attention optimale et suboptimale (sur la base de la variabilité intra-individuelle du temps de réaction, du rapport subjectif des sujets ou encore en isolant des périodes de lapses d’attention soutenue). Nos résultats révèlent que les périodes d’attention optimale étaient associées à un engagement des modes de contrôle proactif et réactif chez les sujets sains alors que chez les sujets inattentifs et les patients souffrant de schizophrénie, ces périodes étaient associées au seul engagement du mode de contrôle réactif. Durant les périodes d’attention suboptimale, chez les sujets sains, le désengagement du seul mode de contrôle proactif révèle le rôle central joué par le cortex préfrontal dorsolatéral dans les fluctuations attentionnelles. Chez les sujets inattentifs et les patients schizophrènes, c’est davantage le cortex préfrontal médian, sous-tendant les mécanismes de contrôle réactif, qui serait impliqué.

Ce qui caractérise principalement le syndrome de Gilles de la Tourette (SGT), c’est la présence de tics moteurs et vocaux chez les individus qui en sont atteints. Toutefois, les tics ne sont que la pointe de l’iceberg pour plusieurs patients. Le SGT s’accompagne souvent de troubles concomitants. Les plus fréquents sont le trouble obsessionnel-compulsif et le trouble du déficit de l’attention avec ou sans hyperactivité. De plus, certaines études neuropsychologiques ont rapporté que les patients atteints du SGT présentaient des capacités d’inhibition réduites, ce qui seraient directement associées à la difficulté de contrôler les tics. Toutefois, plusieurs résultats contradictoires ont été publiés à ce sujet. Aussi, plusieurs hypothèses ont été avancées pour expliquer la génération des tics. Parmi celles-ci, on retrouve notamment certaines études qui ont identifié une suractivité des régions motrices du cerveau. Encore ici, il n’existe pas de conclusion définitive au sein de la littérature. On ne peut guérir du SGT, mais il existe plusieurs traitements qui permettent de diminuer la sévérité des symptômes. La pharmacothérapie est généralement efficace, mais s’accompagne souvent d’effets secondaires indésirables. La thérapie cognitive-comportementale s’avère est une avenue de traitement intéressante, car elle n’entraîne pas d’effets secondaires sur le plan physique. Bien que son efficacité ait été maintes fois démontrée, on ne connaît toujours pas les mécanismes neuronaux impliqués dans son fonctionnement. L’objectif général de cette thèse était de mieux comprendre le fonctionnement cognitif des patients atteints du SGT et d’identifier les substrats neurobiologiques qui sous-tendent ces fonctions. Nous souhaitions observer comment ces fonctions évoluent suite à une thérapie cognitive-comportementale permettant de diminuer les tics. Cet objectif général a été divisé en trois volets. Le premier volet visait à mieux comprendre et à quantifier les déficits d’inhibition retrouvés au sein du SGT, ainsi que les facteurs qui les modulent. Nous voulions également identifier les corrélats électrophysiologiques des capacités d’inhibition. Le deuxième volet concernait les processus de préparation et d’exécution des mouvements et leur lien avec la symptomatologie du SGT. Dans le troisième volet, nous avons investigué l’impact d’une thérapie cognitive-comportementale sur le fonctionnement cérébral des patients atteints du SGT. Nous avons tenté également d’identifier des prédicteurs du succès thérapeutique. Pour répondre à ces objectifs, nous avons d’abord réalisé une méta-analyse pour déterminer si les patients atteints du SGT présentaient des déficits d’inhibition et pour comprendre quels facteurs influençaient les capacités d’inhibition. À l’aide des potentiels évoqués, nous avons aussi évalué les corrélats électrophysiologiques des capacités d’inhibition (P300 No-Go) à l’aide d’une tâche de compatibilité stimulus-réponse qui incluait une composante No-Go. Nous avons aussi évalué les corrélats électrophysiologiques des processus de préparation et d’exécution motrice (sLRP et rLRP) durant cette même tâche. Finalement, nous avons investigué comment une thérapie cognitive-comportementale pouvait modifier l’activité du cerveau, à la fois durant la tâche de compatibilité stimulus-réponse (sLRP et rLRP) et durant une tâche oddball (P300; onde positive apparaissant environ 300 ms après la présentation d’un stimulus et associée à l’évaluation et à la catégorisation des stimuli). Nos résultats ont d’abord démontré que les patients atteints du SGT présentaient des déficits d’inhibition durant les tâches de Stroop, de complétion de phrases, de tracement de cercles, et la Continuous Performance Task. Toutefois, la performance durant les tâches de compatibilité stimulus-réponse et Go/No-Go était quant à elle normale. La présence d’un TDAH ainsi que des tics plus sévères étaient associés à des déficits d’inhibition plus importants. Notre étude électrophysiologique a révélé une P300 No-Go plus ample au niveau frontal chez les patients atteints du SGT, en comparaison avec des sujets sains. Ensuite, dans les conditions compatibles et incompatibles, les patients atteints du SGT ont présenté un délai relatif à l’amorce du sLRP ainsi qu’une plus grande amplitude du rLRP, suggérant ainsi un délai quant à la préparation des mouvements, ainsi qu’une plus grande activité des aires motrices du cerveau lors de l’exécution des mouvements. Cette activité s’est toutefois normalisée suite à la thérapie. La latence de l’amorce du sLRP incompatible combinée à l’amplitude de la N200 (onde négative apparaissant environ 200 ms après la présentation d’un stimulus et associée au contrôle cognitif) incompatible ont permis de prédire 43% de la variance associée à la diminution des tics après le traitement. Finalement, nous avons aussi observé que la thérapie permettait une normalisation de la P300 dans une tâche oddball, ce qui suggère que davantage de ressources cognitives sont désormais mobilisées dans les processus de mémoire de travail. Cette normalisation était localisée au niveau du cortex pariétal. Toutefois, l’activité cérébrale mesurée durant cette tâche ne permettait pas de prédire le succès thérapeutique. Nous avons donc démontré que les patients atteints du SGT présentaient un patron d’activité corticale différent de celui des participants contrôles, en lien avec les fonctions motrices et l’inhibition. Les changements relatifs à la symptomatologie du SGT induits par la thérapie cognitive-comportementale se reflètent aussi au niveau du fonctionnement cérébral des patients, où certaines modifications spécifiques peuvent être vues., Tourette syndrome (TS) is mainly characterized by the presence of motor and vocal tics. However, tics are just the tip of the iceberg for many patients. TS often comes with concomitant disorders, such as obsessive-compulsive disorder and attention deficit hyperactivity disorder. In addition, some neuropsychological studies have reported that TS patients show diminished inhibitory functions, which could be reflected in an incapacity to inhibit tics. However, no consensus has been reached on the matter of inhibitory functions in TS. Also, several hypotheses have been advanced to explain the generation of tics. Some studies that have identified overactivity of motor regions of the brain as a cause of tic generation. Here again, there is no definitive conclusion in the literature. While TS cannot be fully cured, several treatment options exist. These treatments have been shown to reduce tic severity. Pharmacotherapy is usually effective in most patients but is often accompanied by unwanted side effects. Cognitive-behavioral therapy was found to be an interesting treatment avenue since it does not cause physical side effects. Although its effectiveness has been demonstrated many times, its neural mechanisms are still poorly understood. The objective of this thesis was to give a better understanding of the cognitive functioning of TS patients and to investigate the neurofunctional substrates underlying these functions. We also wanted to evaluate the impact of a cognitive-behavioral therapy on these functions. This general objective was divided into three specific objectives. The first objective was to better understand inhibitory deficits found in TS. We also wanted to identify the electrophysiological correlates of inhibitory functions. The second objectives concerned movement preparation and execution processes, as well as the link between these processes and the symptomatology of TS. For the third objective, we investigated the impact of a cognitive-behavioral therapy on the brain function of TS patients and tried to identify predictors of treatment outcome. To this end, we first performed a meta-analysis of inhibitory functions in TS patients. This meta-analysis first aimed to determine if TS patients truly exhibited inhibitory deficits, and then to understand the factors influencing such deficits. Using event-related potentials, we also evaluated the electrophysiological correlates of inhibitory function (P300 No-Go) using a stimulus-response compatibility task that included a No-Go component. We also evaluated the electrophysiological correlates of motor preparation and execution processes (sLRP and rLRP) during the same task. Finally, we investigated how cognitive-behavioral therapy could alter brain activity, both during the stimulus-response compatibility task (sLRP and rLRP) and during an oddball task (P300; a positive wave peaking approximately 300 ms after stimuls onset and associated to stimulus evaluation and categorization). Our results first showed that TS patients had inhibitory deficits during the Stroop task, sentence completion paradigm, circle tracing task, and the Continuous Performance Task. The performance during the stimulus-response compatibility and Go/No-Go compatibility tasks was however normal. The concomitant presence of ADHD as well as more severe tics were associated with greater inhibitory deficits. Our electrophysiological study revealed a larger frontal No-Go P300 in TS patients. Then, in compatible and incompatible conditions, TS patients presented a delayed sLRP onset, as well as a larger rLRP peak. This suggests a delay in movement preparation, as well as an overactivation of motor areas during movement execution. These measures were however normalized following cognitive-behavioral therapy. The latency of the incompatible sLRP onset and the incompatible N200 (a negative wave peaking approximately 200 ms after stimuls onset and associated to cognitive control) amplitude predicted 43% of the variance associated with the decrease in tic severity after treatment. Finally, we also observed that the therapy allowed a normalization of the P300 in an oddball task, which suggests that more cognitive resources are now mobilized by working memory processes. This normalization was localized to the parietal cortex. However, brain activity measured during this task was not predictive of treatment outcome. With regards to motor function and inhibition, TS patients display a pattern of cortical activity that differs from that of control participants. Changes in the symptomatology of TS induced by cognitive-behavioral therapy are also reflected in the cerebral functioning of patients, where specific normalization in brain activity can be found.

In our daily activities, selective attention allow us to select task-relevant information among irrelevant ones, in order to maintain consistent, goal-directed behavior. However, sometimes, a completely irrelevant stimulus can capture our attention against our will and, as a result, produce a distraction phenomenon. Distraction was initially considered to be essentially dependent on the perceptual salience of the distractors. Nevertheless, recent studies have shown that stimuli associated with reward outcome (i.e., with a reward history) are also likely to produce particularly robust and persistent distraction effects (regardless of their relevance to the task at hand and their perceptual salience). Alongside, a large body of works has been devoted to the study of attentional control, which could prevent distraction by perceptually salient distractors. However, to date, very little work has attempted to manipulate the quality of the attentional control that could be implemented to avoid distraction by reward history. The objective of our work was therefore to determine whether, and if so, under what conditions, reward-distractors could be ignored or, on the contrary, could resist attentional control. Seven studies were conducted with neutral visual stimuli associated with (monetary or social) reward outcome, in order to investigate how they could affect task performance when they appeared as distractors in visual search tasks. Attentional control was manipulated by varying the perceptual (i.e., perceptual load: Studies 1 and 2), cognitive (i.e., cognitive load: Study 3) or sensory (i.e., sensory degradation: Studies 4-7) demands imposed by the task. We have shown that high-reward distractor interference resists to perceptual load increase, unlike that caused by only salient distractor (Study 1). Our event-related potentials study (Study 2) suggests that this effect may be due to an enhanced attentional capture (N2pc) under low perceptual load and by a less effective attentional suppression (Pd) under high perceptual load for high-reward distractors. Next, contrary to our expectations, no effect of reward history was observed when manipulating cognitive load (Study 3), leading us to propose that our manipulation could have drained the cognitive resources necessary to learn the distractor-reward association. Then, we have shown that the increase in time pressure (Studies 4-5), known to promote the early selection of relevant targets, could also enhanced the difficulty to ignore distractors under some circumstances. Nevertheless, in these conditions, the mere fact that rewarded distractors may appear seems to increase the difficulty to ignore the distractors, more than the time pressure itself. Finally, our last two studies (Studies 6-7) mobilized a more ecological visual search task, involving pictures of driving situations taken from a driver point-of-view, in which reward distractors were displayed on the screen of a smartphone in the vehicle cabin. The sensory degradation of the target (achieved by increasing the fog density outside the car) has led to greater distraction for distractors paired with a social reward, especially for people with a high level of FoMO (Fear of Missing Out; that is, the pervasive apprehension that others might be having rewarding social experiences from which one is absent). These results are discussed in the light of the literature on distraction by reward history and attentional control, in order to integrate the reward history into these models. Moreover, our observations are discussed under the scope of applied researches that focused on driver distraction, in which our work has a particular resonance., Au quotidien, notre attention sélective nous permet de sélectionner les informations pertinentes au regard de notre tâche et d'ignorer celles qui ne le sont pas, afin de maintenir un comportement cohérent avec nos buts. Néanmoins, dans certaines situations, un stimulus complètement non-pertinent peut capturer notre attention contre notre volonté et, de ce fait, produire un phénomène de distraction. La distraction a initialement été considérée comme essentiellement dépendante de la saillance perceptive des distracteurs. Cependant, de récentes études ont mis en évidence que les stimuli associés à l'obtention d'une récompense (i.e., disposant d'une histoire de récompense) sont également susceptibles de produire des effets de distraction particulièrement robustes et persistants (indépendamment de leur pertinence pour la tâche en cours et de leur saillance perceptive). Parallèlement, tout un autre champ de recherche a été consacré à l’étude du contrôle attentionnel qui peut être mis en place afin de prévenir une distraction par des stimuli visuellement saillants. Cependant, à ce jour, très peu de travaux ont tenté de manipuler la qualité du contrôle attentionnel qui peut être instauré pour éviter la distraction par des stimulus associés à une récompense. L'objectif de notre travail était donc de déterminer si, et si oui, dans quelles conditions, ces distracteurs pouvaient être ignorés efficacement ou, au contraire, pouvaient résister au contrôle attentionnel. Dans sept études, nous avons associé des stimuli visuels initialement neutres à une récompense (monétaire ou sociale) afin d’étudier leur impact sur les performances lorsqu’ils apparaissaient comme distracteurs dans des tâches recherche visuelle. Nous avons manipulé la qualité du contrôle attentionnel en faisant varier les contraintes perceptives (i.e., charge perceptive : Études 1 et 2), cognitives (i.e., charge cognitive : Étude 3) ou sensorielles (i.e., dégradation sensorielle : Études 4-7) imposées par la tâche. Nous avons mis en évidence que l'interférence provoquée par un distracteur associé à une forte récompense monétaire, contrairement à celle provoquée par des distracteurs uniquement saillants, peut résister à l'augmentation de la charge perceptive (Étude 1). L'analyse des potentiels cérébraux évoqués par ces distracteurs (Etude 2) suggère que cet effet puisse résulter d’une capture attentionnelle (N2pc) accrue en charge perceptive faible et d’une suppression attentionnelle (Pd) moins efficace en charge perceptive forte pour ces distracteurs. Contrairement à nos attentes, aucun effet de la récompense n'a été observé dans l’étude manipulant la charge cognitive (Étude 3), nous conduisant à proposer que notre manipulation ait pu drainer les ressources cognitives nécessaires à l'apprentissage de l’association distracteur-récompense. Ensuite, nous avons montré que l'augmentation de la pression temporelle (Étude 4-5), réputée pour favoriser la sélection précoce d'une cible, peut au contraire, dans certaines conditions, entrainer une plus grande difficulté à ignorer les distracteurs. Pour autant, dans ces conditions, le simple fait que des distracteurs récompensés puissent apparaître semble impacter encore plus négativement la sélection d'une cible que la pression temporelle elle-même. Enfin, nos deux dernières études (Études 6-7) ont mobilisé un cadre expérimental plus écologique, impliquant la recherche de cibles dans des photographies de scènes routières prises du point de vue d’un conducteur d’automobile et l’apparition de distracteurs récompensés sur l’écran d’un smartphone présent dans l’habitacle. Nous avons mis en évidence que la dégradation sensorielle de la cible (via une augmentation de l'intensité du brouillard) entraine une distraction plus importante pour des distracteurs associés à une récompense sociale, en particulier pour les personnes présentant un niveau élevé de FoMO (Fear of Missing Out ; peur de manquer une expérience sociale). [...]

On estime qu’environ 1.5% de la population présente un déficit perceptuel qui interfère spécifiquement avec le développement normal d’habiletés musicales. Ce trouble est connu sous le nom d’amusie congénitale, et est caractérisé par une difficulté importante à percevoir la musique et à détecter les fines variations de hauteurs de sons. De plus, il se manifeste en l’absence de tout autre déficit perceptuel (ex. perte auditive) ou cognitif (ex. déficience intellectuelle, retard de langage). Le déficit au cœur de l’amusie réside dans la perturbation des mécanismes de détection consciente des fines variations de hauteurs, tel que reflété par l’absence de réponses électriques cérébrales typiques. Des anomalies anatomiques et fonctionnelles identifiées chez des amusiques au niveau du réseau fronto-temporal droit suggèrent une propagation anormale de l’information entre le gyrus frontal inférieur et le cortex auditif. Or, aucune étude n’a systématiquement investigué la relation causale entre l’intégrité de ce réseau et l’expression comportementale et électrophysiologique de l’amusie. Le premier objectif de cette thèse était d’investiguer la possibilité d’induire des caractéristiques de l’amusie dans le cerveau normal, en désactivant transitoirement ces régions durant la détection de sons déviants. Pour ce faire, nous avons appliqué une stimulation transcrânienne à courant direct (tDCS) cathodale (inhibitrice) au niveau des régions frontale et temporale droites lors de sessions séparées. Nous avons également enregistré l’activité électroencéphalographique (EEG) de nos participants avant et après la stimulation, pendant que ceux-ci complétaient une tâche de détection de sons déviants. Nos résultats suggèrent que des caractéristiques électrophysiologiques peuvent être induites chez le sujet normal, et que ces changements reflètent des marqueurs électrophysiologiques de l’amusie. Ils supportent également l’implication du réseau fronto-temporal droit dans le traitement des fines variations de hauteurs, et son rôle dans la manifestation de ce trouble. Bien que la majorité des cas d’amusie soient attribuables à un déficit acoustique, il existe des cas de double dissociation entre le traitement des hauteurs en contexte acoustique et musical dans la population amusique, suggérant une hétérogénéité des phénotypes. Le traitement de sons déviants en contexte musical se distingue du contexte acoustique comme il nécessite le traitement de la structure musicale en plus de la détection de la déviance. Une incertitude persiste quant à l’existence d’une région cérébrale pouvant préférentiellement traiter la déviance en contexte mélodique plutôt qu’acoustique, ce qui a constitué le deuxième objectif de la thèse. Nous avons mesuré l’activation cérébrale de participants normaux via l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) durant une tâche de détection de sons déviants en contexte musical, puis dans un contexte acoustique. Les résultats de l’étude montrent que le lobule pariétal inférieur droit était la seule région à être activée préférentiellement par la tâche mélodique, suggérant que l’activation de cette région est associée à un processus de mémoire de travail qui assure le suivi des incongruités tonales. Mis ensemble, ces résultats contribuent à une meilleure appréciation des régions cérébrales pouvant être altérées dans l’amusie congénitale, et ouvrent la voie vers des possibilités futures d’interventions axées sur la neuromodulation., It is estimated that approximately 1.5% of the population has a perceptual deficit that interferes with the development of normal musical abilities. This disorder is commonly referred to as congenital amusia, and is characterized by important difficulties in perceiving music and discriminating between pitches, despite the absence of any other perceptual (e.g. hearing loss) or cognitive (e.g. intellectual disability, speech delay) impairments. The core deficit in amusia consists in a lack of conscious access to processed pitch deviances, as reflected by the absence of typical electrical brain responses to deviants. Anatomical and functional anomalies found in the right fronto-temporal network of amusic individuals point to a breakdown in communication between the inferior frontal gyrus and the auditory cortex as being responsible for the manifestation of amusia. However, no study has systematically investigated the potential causal role played by the fronto-temporal network in the behavioral and electrophysiological expression of the disorder. The first goal of the thesis was to investigate whether it was possible to induce transient characteristics of amusia in the normal brain, by deactivating frontal and temporal regions during the detection of pitch deviations. To do so, we applied cathodal (inhibitory) transcranial direct-current stimulation (tDCS) over right frontal and temporal regions during separate sessions. We also recorded participants’ electrophysiological (EEG) activity before and after tDCS stimulation, while they performed a pitch change detection task. The present findings indicate that it is possible to induce EEG changes when processing small pitch deviants, which mimic electrophysiological markers of amusia. They also support the involvement of the right fronto-temporal network in the processing of small pitch deviants and its role in the manifestation of amusia. A recent meta-analysis highlighted the presence of a double dissociation between acoustic and musical processing in the amusic population, which suggests that amusia is characterized by heterogeneous phenotypes. The processing of incongruous notes in a melody requires the representation of the musical structure in addition to pitch discrimination abilities, and it is currently unclear whether any brain areas preferentially process pitch violations in musical contexts in comparison to non-musical contexts. The second goal of the thesis was to address this issue. Using functional magnetic resonance imaging (fMRI), we measured the brain activity of normal participants while they completed a pitch-change detection task in a series of non-melodic repeated tones and in tonal melodies. A contrast between brain activation patterns elicited by deviants in the melodic task and deviants in the non-melodic task revealed greater activity in the right inferior parietal lobule, which likely represents working memory processes related to the maintenance of tonal pitch structure during pitch discrimination. Taken together these findings add to our understanding of the brain anomalies underlying congenital amusia, and motivate future research that could lead to the development of neuromodulation-based interventions that could help individuals with neurodevelopmental disorders such as amusia to improve their deficits.

The peculiarity of time is that it is not the object of any sensory system, contrary to the stimuli consisting of light or sound. What cognitive operations, apart from the internal clock, are involved in the fact that we are able to say that one duration is shorter than another? What is the dynamic of these processes? To determine it, we have based ourselves on the study of the behavior and the event-related potentials in several tasks of temporal discrimination. Several objectives were adressed. The first objective was to determining the processes and associated ERPs, as well as their dynamics that can be demonstrated in the manipulation of the temporal information. A second aim was to specify the impact of the context on recruitment and the dynamics of these processes. A final objective was to investigate the effect of the duration presented and that of the instruction on the processes involved in the temporal treatment as well as on their dynamics. The main results are as follows. First, frontoparietal event-related components indexed comparison, decision making, orientation of attention and working memory. Secondly, these activities were modulated by the perceptual salience of a duration. Moreover, a particularly salient duration allow the end of the comparison before the end of the stimulus. Third, the impact of the presentation context modulated the evoked activities associated at the time the decision is made. In conclusion, this thesis shows that the processes at work in time perception are not specific to the treatment of durations, such as attention and working memory.; La particularité du temps est de n’être l’objet d’aucun système sensoriel, contrairement aux stimulations lumineuses ou sonores. Quelles sont les opérations cognitives, en dehors de l’horloge interne, qui sont impliquées dans le fait que nous soyons capables de dire qu’une durée est plus courte qu’une autre ? Quelle est la dynamique de ces processus ? Pour le déterminer, nous nous sommes basés sur l’étude du comportement et des potentiels évoqués dans des tâches de discrimination temporelle. Plusieurs objectifs ont été poursuivis. Premièrement, il s’agissait de déterminer les processus, ainsi que leur dynamique, pouvant être mis en évidence dans la manipulation de l’information temporelle. Un deuxième objectif consistait à préciser l’impact du contexte sur le recrutement et la dynamique de ces processus. Un dernier objectif était d’explorer l’effet de la durée présentée et celui de la consigne sur les processus impliqués dans le traitement temporel et sur leur dynamique. Les résultats principaux sont les suivants. Premièrement, des composantes évoquées frontopariétales indexaient la comparaison, la prise de décision, l’attention et la mémoire de travail. Deuxièmement, ces activités étaient modulées par la saillance perceptive. En outre, une durée particulièrement saillante permet de terminer la comparaison avant la fin du stimulus. Troisièmement, le contexte de présentation modulait les activités évoquées associées au moment où la décision est prise. En conclusion, cette thèse met en évidence que les processus à l’œuvre dans la perception temporelle ne sont pas spécifiques au traitement des durées, comme l’attention et la mémoire de travail.

L’objectif général de cette thèse était de tester l’efficacité d’un entraînement exécutif ainsi que de tester les transferts des bénéfices de cet entraînement sur d’autres fonctions cognitives notamment la mémoire épisodique au niveau comportemental et électrophysiologique chez des adultes âgés. Pour cela, des effets test-retest ont été observés lors de la passation d’un même test de façon consécutive. Ainsi, la création de nouveaux tests pour confectionner le programme d’entraînement a été nécessaire pour ne pas avoir ces effets tests re-tests lors de la passation des pré-tests et des post-tests. Les entraînements exécutifs ont permis l’amélioration du fonctionnement exécutif mais aussi l’amélioration de la vitesse de traitement, et ces bénéfices ont permis l’annulation des effets d’âge dans le groupe entraîné sur une fonction exécutive : la mise à jour de la mémoire de travail. De plus, des effets de transfert ont été obtenus sur l’utilisation stratégique lors de l’encodage d’information en mémoire épisodique. Plus précisément, les adultes âgés entraînés utilisaient plus de stratégies d’encodages efficaces (encodage profond de type imagerie mentale ou phrase) après l’entraînement exécutif et l’utilisation de ces stratégies était plus efficace. Au niveau cérébral, l’entraînement exécutif semble engendrer des processus de spécialisation cérébrale se traduisant par une diminution de l’activité cérébrale de certaines zones cérébrales. Ce travail de thèse incite le développement de programmes d’entraînement des fonctions exécutives qui semblent permettre des effets de transfert à des tâches non entraînées et ces bénéfices semblent aussi modifier le fonctionnement cérébral, ce qui suppose un effet plus durable. Ceci confirme l’idée qu’un environnement stimulant cognitivement est en lien avec de bonnes capacités cognitives et contribue à un vieillissement réussi., The main objective of this thesis was to test the efficiency of an executive training program and the transfer effects of this program on other cognitive functions, in particular episodic memory strategies and performance. The present work was based on behavioral and electrophysiological data. Practice effects of executive tests have been first tested in young and older adults. Two tests have been practiced across ten practice sessions, and the results showed that the executive functions scores increased after practice, more for the older adults than for the younger ones. In order to develop an executive training program requiring several different tests, we have created new executive tests. The psychometric validity of these tests has been verified and confirmed. These tests have been used for our executive program. Thus, if training effects appeared following this program, they will not be due to the practice of a unique test. Eight sessions of executive stimulation with our new tests have allowed older adults increasing their executive functioning, measured by tests which were different from those employed in the training program (near transfer effects). Other cognitive functions were also improved, as processing speed and episodic memory. For the first time in the literature, far transfer effect have been found memory strategy efficiency and memory performance. More especially, the older adults trained group used more efficient memory strategies (mental imagery or making sentence with the words to be learnt) after the executive training program, and these strategies were more efficient to recall the words. Thus, the memory performance was increased in this group, in comparison the older adults group who did not participate to the training program. At a cerebral level, the executive training seems to decrease the duration of the cerebral activity for the same memory task. However, these results must to be taken with caution and require further analyses to be interpreted correctly. The results of this thesis encourages the development of training programs for executive functions which allows the transfer effects to untrained tasks. These benefits also appear to modify the brain functioning, which implies a longer lasting benefit effect. This work supports the idea that a cognitively stimulating environment is in line with higher cognitive abilities and contributes to successful aging, réalisé en co-tutelle avec l'Université François-Rabelais de Tours

L’amusie congénitale est un trouble neurodéveloppemental qui affecte la perception mélodique, malgré une ouïe et une intelligence normale. Un déficit de la discrimination des fines variations de hauteur des sons serait à l’origine de ces difficultés. Les études ayant permis de caractériser les corrélats neuronaux de ce trouble ont mis en lumière des anomalies anatomiques et fonctionnelles du réseau fronto-temporal droit dans l’amusie. Notamment, les processus tardifs et conscients de détection des fines variations de hauteur sonore apparaissent perturbés chez les amusiques, alors que le traitement plus précoce et automatique de ces mêmes variations de hauteur serait normal. À ce jour, la vaste majorité des études sur l’amusie congénitale ont été effectuées auprès d’adultes et nous détenons peu d’informations sur la façon dont ce trouble se manifeste au cours du développement. La présente thèse vise ainsi à caractériser les corrélats comportementaux et neuronaux de l’amusie congénitale chez l’adolescent, pour ensuite explorer les perspectives de réhabilitation de ce trouble neurodéveloppemental. Dans une première étude, nous avons tenté de mieux comprendre comment le cerveau d’adolescents amusiques traite les fines variations de hauteur des sons, tant en ce qui a trait aux processus précoces et automatiques (associés à la composante de potentiel évoqué mismatch negativity; MMN) qu’au niveau du traitement conscient et plus tardif (associé à la composante de potentiel évoqué P300), en comparaison aux contrôles. Nous avons étudié les effets d’un mois d’écoute musicale quotidienne chez ces participants. Une deuxième étude a ensuite été effectuée, afin d’examiner l’impact de trois mois de leçons de guitare sur le traitement des fines variations de hauteur sonore chez des adolescents ii amusiques et leurs témoins. Nous nous sommes intéressés aux effets de cette formation musicale sur diverses composantes des potentiels évoqués, dont la P300 et la MMN. Les résultats de cette thèse révèlent que l’amusie peut se manifester à part entière à l’adolescence. Plus précisément, les adolescents amusiques présentent un profil hautement similaire à celui documenté chez l’adulte, soit une incapacité à détecter consciemment les fines variations de hauteur des sons, associée à l’absence de la composante P300, en dépit d’un traitement précoce et automatique normal tel que reflété par une MMN comparable aux contrôles. En outre, il appert qu’un mois d’écoute musicale quotidienne ne constitue pas une technique de réhabilitation efficace dans l’amusie, dont les manifestations sont demeurées inchangées suite à cette intervention. Par ailleurs, nos résultats révèlent qu’il est possible pour de jeunes amusiques d’apprendre à jouer d’un instrument de musique et que cette formation musicale a le potentiel d’engendrer des phénomènes de plasticité cérébrale prometteurs chez certains d’entre eux. Plus précisément, nous observons l’émergence de la composante P300 associée à une amélioration des capacités de discrimination des fines variations de hauteur chez trois amusiques sur quatre suite à cette intervention. Ces résultats enrichissent notre compréhension de l’amusie et de sa trajectoire développementale, en plus de motiver de futurs travaux de recherche qui pourraient mener au développement d’interventions optimales dans une perspective de réhabilitation de ce trouble neurodéveloppemental., Congenital amusia is a neurodevelopmental disorder that specifically impairs melodic perception despite normal hearing and intelligence. The disorder is thought to arise from a deficit in perceiving fine-grained pitch changes. Studies that aimed to characterize the neural correlates of congenital amusia have highlighted anatomical and functional anomalies along the right fronto-temporal pathways. Notably, the amusic brain has been shown to perceive fine-grained pitch distinctions at an early and automatic level of processing, but this does not reach higher levels of conscious processing. To date, the majority of research on amusia has been performed with adults and consequently little information has been acquired on how this disorder manifests itself during development. The goal of this thesis is therefore to characterize the behavioral and neural correlates of congenital amusia during adolescence, and then to explore different rehabilitation strategies in an attempt to attenuate the perceptual deficits. In a first study, we documented how amusic adolescents process fine-grained pitch changes using event-related potentials, both in terms of early and automatic processing (as indexed by the mismatch negativity component; MMN) and conscious processing (associated with the P300 component) compared to controls. We also explored the effects of a month of daily music listening among these participants. A second study was then conducted to explore the impact of three months of weekly guitar lessons on fine-grained pitch processing in amusic adolescents and controls. In particular, we investigated the effects of musical training on various evoked-potential components, including the P300 and the MMN. The results show that amusia can be fully expressed in the developing brain with manifestations that are similar to those observed in adults. Specifically, the amusic adolescent brain does not elicit a normal positivity (P300) in response to small pitch changes, while early and automatic processing of these pitch deviations appears normal (as indexed by the MMN). In addition, it appears that a month of daily music listening is not an effective amusia remediation strategy, since all electrophysiological and behavioral manifestations were unchanged following this intervention. Furthermore, we show that it is possible for amusic adolescents to learn to play a musical instrument despite their perceptual deficit and this intervention as the potential to induce promising brain plasticity phenomena for some of them. Specifically, a P300 response elicited by fine-grained pitch changes was seen after three months of guitar lessons in three out of four amusic adolescents. Importantly, the emergence of the P300 was paralleled by an improved perceptual ability to detect fine-grained pitch changes. These findings add to our understanding of congenital amusia and its developmental trajectory, while motivating future research that could lead to the development of optimal interventions to help young people with amusia engage with music.

Le décodage des expressions faciales émotionnelles (EFE) est une fonction clé du système visuel humain puisqu’il est à la base de la communication non-verbale sur laquelle reposent les interactions sociales. De nombreuses études suggèrent un traitement différentiel des attributs diagnostiques du visage au sein des basses et des hautes fréquences spatiales (FS), respectivement sous-tendu par les voies magno- et parvocellulaires. En outre, des conditions telles que l’anxiété sociale sont susceptibles d’affecter ce traitement et d’entrainer une modulation des potentiels reliés aux évènements (PRE). Cette étude explore la possibilité de prédire le niveau d’anxiété social des individus à partir des corrélats électrophysiologiques du décodage d’EFE dans différentes bandes de FS. À cette fin, les PRE de 26 participants (âge moyen = 23.7 ± 4.7) ont été enregistrés lors de la présentation visuelle d’expressions neutres, de joie ou de colère filtrées pour ne retenir que les basses, moyennes ou hautes FS. L’anxiété sociale a été évaluée par l’administration préalable du questionnaire LSAS. Les latences et pics d’amplitude de la P100, N170, du complexe N2b/P3a et de la P3b ont été analysés statistiquement et utilisés pour entrainer différents algorithmes de classification. L’amplitude de la P100 était reliée au contenu en FS. La N170 a montré un effet des EFE. Le complexe N2b/P3a était plus ample pour les EFE et plus précoce pour les hautes FS. La P3b était moins ample pour les visages neutres, qui étaient aussi plus souvent omis. L’analyse discriminante linéaire a montré une précision de décodage d’en moyenne 56.11% au sein des attributs significatifs. La nature de ces attributs et leur sensibilité à l’anxiété sociale sera discutée., The decoding of emotional facial expressions (EFE) is a key function of the human visual system since it lays at the basis of non-verbal communication that allows social interactions. Numerous studies suggests that the processing of faces diagnostic features may take place differently for low and high spatial frequencies (SF), respectively in the magno- and parvocellular pathways. Moreover, conditions such as social anxiety are supposed to influence this processing and the associated event-related potentials (ERP). This study explores the feasibility of predicting social anxiety levels using electrophysiological correlates of EFE processing across various SF bands. To this end, ERP from 26 participants (mean age = 23.7 ± 4.7) years old were recorded during visual presentation of neutral, angry and happy facial expressions, filtered to retain only low, medium or high SF. Social anxiety was previously assessed using the LSAS questionnary. Peak latencies and amplitudes of the P100, N170, N2b/P3a complex and P3b components were statistically analyzed and used to feed supervised machine learning algorithms. P100 amplitude was linked to SF content. N170 was effected by EFE. N2b/P3a complex was larger for EFE and earlier for high SF. P3b was lower for neutral faces, which were also more often omitted. The linear discriminant analysis showed a decoding accuracy across significant features with a mean of 56.11%. The nature of these features and their sensitivity to social anxiety will be discussed.

Visual perception of faces is a primary function of the human brain, critical for social interactions. The neural basis of face perception in humans has been investigated extensively for decades as a primary research goal, whose findings may serve as a rich model for understanding perceptual recognition. Structural imaging of individuals with face recognition impairment following brain damage point to a large territory of the human ventral occipito-temporal cortex (VOTC), from the occipital lobe to the anterior temporal lobe (ATL), with a right hemispheric advantage. Functional magnetic resonance imaging studies (fMRI) have reported face-selective responses (larger responses to faces than other visual objects) in circumscribed regions (clustered organization) of the posterior VOTC. However, they failed to report genuine responses in the ATL because of methodological artefacts. Intracranial electroencephalographic (iEEG) recordings performed in epileptic patients offer a unique opportunity to measure direct local neural activity with a very high signal-to-noise ratio. In contrast to fMRI studies, iEEG studies recorded face-selective responses in widely distributed regions of the VOTC without any evidence of a clustered organization. Despite decades of research, several outstanding questions are still unanswered: (1) what is the spatial organization of brain regions supporting face perception (clustered vs. distributed)?; (2) what are the neural basis of face perception in the ATL?; (3) which are the critical regions for face perception? To address these gaps in knowledge, we used human iEEG recordings and electrical intracerebral stimulations. In a first study (Jonas et al., in press), we combined iEEG recordings with the Fast Periodic Visual Stimulation (FPVS), a powerful approach providing objective and high signal-to-noise brain responses. FPVS is based on the simple principle: presenting visual stimuli at a fixed rate generates a periodic EEG response at exactly the same frequency. We use this approach to report a comprehensive map of face-selective responses across the VOTC in a large group of participants (N=28). They were presented with natural images of objects at a rapid fixed rate (6 images per second: 6 Hz), with face stimuli interleaved as every 5th stimulus (i.e., 1.2 Hz). Face-selective responses were objectively (i.e., exactly at the face stimulation frequency) identified and quantified throughout the whole VOTC. Although face-selective responses were widely distributed, specific regions displayed a clustered spatial organization of their most face-selective responses. Among these regions, the right fusiform gyrus showed the largest face-selective response. In addition, we recorded face-selective responses in 3 distinct regions of the ATL. In 3 others studies, we reported very rare cases of intracerebral electrical stimulation of face-selective brain regions, testing the critical role of these regions in face perception. We reported a case of transient inability to recognize faces following the stimulation of the right inferior occipital gyrus, the most posterior face-selective region (Jonas et al., 2012, 2014) and one similar case following the stimulation of the right ATL (Jonas et al., 2015). Overall, these studies show that: (1) face-selective responses are widely distributed but some specific regions displayed a clustered spatial organization of their most face-selective responses; (2) several distinct regions are face-selective in the ATL; (3) specific brain regions in the posterior VOTC and in the ATL are critical for face perception. These finding also illustrate the diagnostic value of intracerebral electrophysiological recordings in understanding visual recognition processes., La perception visuelle des visages est une fonction importante du cerveau humain, essentielle pour les interactions sociales. L'étude des bases neurales de la perception des visages a débuté il y a plusieurs décennies et les découvertes servent de modèle pour la compréhension de la perception visuelle en général. L'imagerie structurelle des patients présentant un déficit de reconnaissance des visages à la suite d'une lésion cérébrale a montré l'importance d'un vaste territoire au sein du cortex ventral occipito-temporal (VOTC), du lobe occipital jusqu'au lobe temporal antérieur (LTA), avec une prédominance droite. L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) a montré l'existence de zones cérébrales circonscrites qui répondent plus fortement aux visages qu'aux autres objets visuels (organisation en « cluster ») principalement dans le VOTC postérieur. Cependant l'IRMf a été limitée dans sa capacité à retrouver de telles régions dans le lobe temporal antérieur à cause d'artefacts méthodologiques. Les études d'électro-encéphalographie intracrânienne (iEEG) réalisées chez les patients épileptiques sont une opportunité unique d'enregistrer l'activité neuronale directe avec un très haut rapport signal/bruit. Les études iEEG ont enregistré des réponses sélectives aux visages largement distribuées dans le VOTC, sans organisation en « clusters ». Malgré des années de recherches, plusieurs questions cruciales restent sans réponse : (1) quelle est l'organisation spatiale des régions sélectives aux visages (organisation distribuée vs. en « clusters ») ? ; (2) quelles sont les bases neurales de la perception des visages dans le LTA ? ; (3) quelles sont les régions critiques pour la perception des visages ? Afin de répondre à ces questions, nous avons utilisé les enregistrements et les stimulations électriques intracérébraux. Dans une 1ère étude (Jonas et al., sous presse), nous avons combiné les enregistrements iEEG avec la stimulation visuelle périodique rapide (FPVS). La méthode FPVS est basée sur le principe suivant : présenter des stimuli visuels à une fréquence fixe va générer une réponse EEG périodique à la même fréquence. Nous avons utilisé cette approche pour réaliser une cartographie complète des réponses sélectives aux visages dans le VOTC (28 participants). Nous leur avons montré des séquences d'images d'objets présentées à une fréquence fixe et rapide (6 Hz), avec un visage présenté tous les 5 objets (1,2 Hz). Les réponses sélectives aux visages ont été identifiées objectivement (à la fréquence de stimulation) et quantifiées dans tout le VOTC. Bien que ces réponses aient été enregistrées de manière largement distribuée, nous avons identifié plusieurs régions dans les lesquelles les réponses les plus fortes se regroupent spatialement (en « clusters »). De plus, nous avons enregistré la plus forte réponse dans le gyrus fusiforme droit. Enfin, nous avons enregistré des réponses sélectives aux visages dans 3 régions distinctes du LTA. Dans 3 autres études, nous rapportons de très rares cas de stimulations électriques de régions sélectives aux visages, testant leur rôle critique dans la perception des visages. Nous rapportons un cas de déficit transitoire de la perception des visages après stimulation du gyrus occipital inférieur droit, la région sélective au visage la plus postérieure (Jonas et al., 2012, 2014) et un cas similaire après stimulation du LTA (Jonas et al., 2015). Dans l'ensemble, ces études montrent que : (1) les régions impliquées dans la perception des visages sont largement distribuées le long du VOTC et certaines sont marquées par un regroupement spatial de leurs réponses les plus fortes ; (2) plusieurs régions distinctes sont sélectives aux visages dans le LTA; (3) des régions spécifiques dans le VOTC postérieur et le LTA sont critiques pour la perception des visages. Ces études montrent l'intérêt des enregistrements intracérébraux pour la compréhension des mécanismes de perception visuelle.

La capacité du système visuel humain à compléter une image partiellement dévoilée et à en dériver une forme globale à partir de ses fragments visibles incomplets est un phénomène qui suscite, jusqu’à nos jours, l’intérêt de nombreux scientifiques œuvrant dans différents milieux de recherche tels que l’informatique, l’ingénierie en intelligence artificielle, la perception et les neurosciences. Dans le cadre de la présente thèse, nous nous sommes intéressés spécifiquement sur les substrats neuronaux associés à ce phénomène de clôture perceptive. La thèse actuelle a donc pour objectif général d’explorer le décours spatio-temporel des corrélats neuronaux associés à la clôture perceptive au cours d’une tâche d’identification d’objets. Dans un premier temps, le premier article visera à caractériser la signature électrophysiologique liée à la clôture perceptive chez des personnes à développement typique dans le but de déterminer si les processus de clôture perceptive reflèteraient l’interaction itérative entre les mécanismes de bas et de haut-niveau et si ceux-ci seraient sollicités à une étape précoce ou tardive lors du traitement visuel de l’information. Dans un deuxième temps, le second article a pour objectif d’explorer le décours spatio-temporel des mécanismes neuronaux sous-tendant la clôture perceptive dans le but de déterminer si les processus de clôture perceptive des personnes présentant un trouble autistique se caractérisent par une signature idiosyncrasique des changements d’amplitude des potentiels évoqués (PÉs). En d’autres termes, nous cherchons à déterminer si la clôture perceptive en autisme est atypique et nécessiterait davantage la contribution des mécanismes de bas-niveau et/ou de haut-niveau. Les résultats du premier article indiquent que le phénomène de clôture perceptive est associé temporellement à l’occurrence de la composante de PÉs N80 et P160 tel que révélé par des différences significatives claires entre des objets et des versions méconnaissables brouillées. Nous proposons enfin que la clôture perceptive s’avère un processus de transition reflétant les interactions proactives entre les mécanismes neuronaux œuvrant à apparier l’input sensoriel fragmenté à une représentation d’objets en mémoire plausible. Les résultats du second article révèlent des effets précoces de fragmentation et d’identification obtenus au niveau de composantes de potentiels évoqués N80 et P160 et ce, en toute absence d’effets au niveau des composantes tardives pour les individus avec autisme de haut niveau et avec syndrome d’Asperger. Pour ces deux groupes du trouble du spectre autistique, les données électrophysiologiques suggèrent qu’il n’y aurait pas de pré-activation graduelle de l’activité des régions corticales, entre autres frontales, aux moments précédant et menant vers l’identification d’objets fragmentés. Pour les participants autistes et avec syndrome d’Asperger, les analyses statistiques démontrent d’ailleurs une plus importante activation au niveau des régions postérieures alors que les individus à développement typique démontrent une activation plus élevée au niveau antérieur. Ces résultats pourraient suggérer que les personnes du spectre autistique se fient davantage aux processus perceptifs de bas-niveau pour parvenir à compléter les images d’objets fragmentés. Ainsi, lorsque confrontés aux images d’objets partiellement visibles pouvant sembler ambiguës, les individus avec autisme pourraient démontrer plus de difficultés à générer de multiples prédictions au sujet de l’identité d’un objet qu’ils perçoivent. Les implications théoriques et cliniques, les limites et perspectives futures de ces résultats sont discutées., The human visual system has come to prevail over partially hidden boundaries and edges of objects in order to render a unified and holistic representation of the surrounding world. This phenomenon, also referred to as perceptual closure, was further investigated in the context of this current thesis. More precisely, this doctoral thesis aimed at examining the neural mechanisms underlying perceptual closure processes. In order to achieve this goal, the first study to track the spatio-temporal dynamics of electrical brain activity during a pictorial object recognition task to determine whether closure processes are reflect an interplay between low-level and higher-level mechanisms and whether they are solicited during early or late stages of visual processing. We found that perceptual closure is temporally linked to the occurrence of the N80 and P160 which is the earliest negative ERP component sensitive to closure processes reported until now in previous similar studies. Results indicate that closure processes are implicated earlier during visual processing of fragmented object images. We propose here that perceptual closure is a transitional process that reflects the proactive interactions between neural mechanisms trying to match fragmented current sensory input with memory representations. Furthermore, the second study sought to explore the time-course of neural correlates underpinning perceptual closure, during an object recognition task, to determine whether closure processes are associated with an abrupt or gradual change in ERP responses in adults with high functioning autism (HFA), Asperger’s Syndrome (AS) and in typically developing (TD) individuals. We found that, in individuals with HFA and AS, perceptual closure was associated with changes in early ERP (N80 and P160) responses for fragmentation and identification effects, while there were no significant modulations of later ERP responses. However, for TD individuals, perceptual closure was characterized by significant differences in early ERP responses (N80 and P160) between objects and non-objects as well as gradual modulations in late ERP responses for identification effects (450-550ms). Our results suggest that adults with autism rely mostly on low-level processes to achieve closure and do not illustrate the characteristic interplay between early and late ERP responses observed in typically developed individuals, thus revealing the atypicality of perceptual closure mechanisms in this population. We propose here that the interactive matching of incoming fragmented visual information with corresponding candidate object representations is atypical in individuals with autism. Following these articles, we will discuss the theoretical and clinical implications of this work. Finally, we will also propose limitations within our studies and discuss new perspectives for future research.

Les tics affectent 1% des individus et sont associés avec une diminution de la qualité de vie. L’importante hétérogénéité phénoménologique retrouvée chez ceux-ci représente un obstacle majeur pour l’évaluation et le traitement de ces symptômes, et explique potentiellement la présence de données neurobiologiques contradictoires. Certaines variables rarement contrôlées, comme la complexité des tics et la demande motrice des tâches pourraient expliquer l’hétérogénéité de ces résultats. Une meilleure compréhension des processus cognitifs affectés pourrait être atteinte par l’étude de la chronométrie des événements cérébraux. Ainsi, notre objectif était d’évaluer l’impact de la complexité des tics et du type de réponse sur les potentiels électrocorticaux liés à l’inhibition, à l’attention et à la mémoire de patients tics. Nous avons comparé 12 patients présentant des tics simples avec 12 patients atteints de tics complexes, qui furent appariés à 15 participants contrôles sains. Deux tâches oddball furent accomplies, dont l’une exigeait une réponse motrice et l’autre une réponse non-motrice (compter le nombre de stimuli). Durant ces tâches, nous avons enregistré des composantes électrocorticales indexant des processus d’attention (P200), d’inhibition (N200) et de mémoire (P300). Pour la tâche non-motrice, nos résultats révélèrent une N200 plus ample chez les deux groupes de patients tics et une P300 réduite seulement chez ceux avec des tics simples. Quant à la tâche motrice, les deux groupes de patients tics présentaient une P300 réduite. Selon nos résultats, la complexité des tics et la demande motrice des tâches peuvent affecter les mécanismes neuronaux sous-tendant les différentes étapes du traitement de l’information., Tic disorders affect up to 1% of individuals worldwide and are associated with social stigma. A major obstacle to these disorders’ evaluation and treatment is the large heterogeneity of phenotypes, which could explain the important number of conflicting neurobiological data. Certain variables, like tic complexity and tasks’ cognitive demand, could explain these heterogeneous results. We propose that a better understanding of cognitive impairments often seen in tic disorders could be obtained by studying the chronometry of electrocortical activity underlying inhibition, attention, memory and motor processes. Our aim was to evaluate the impact of tic complexity as well as task response demand on tic patients’ electrocortical profiles. Thus, we compared 12 patients exhibiting simple tics to 12 patients showing complex tics, and matched them to 15 healthy control participants. All participants performed two Oddball tasks in which one required a motor response (button press) and the other a non-motor response (counting). During both tasks, electrophysiological components were recorded, serving as indices of processes underlying attention (P200), inhibition (N200) and memory (P300). Our results revealed that for the non-motor task, both groups of tics patients had an enhanced N200, while only those with simple tics showed a reduced P300. For the motor task, both groups of tics patients exhibited a decreased P300. According to our results, both tic complexity and motor demand can affect neural mechanisms of the processing stream. Conflicting results found in previous studies might have been confounded by tic complexity as well as task motor requirements.

Les troubles des tics, comme le syndrome de Gilles de la Tourette et le trouble de tics chroniques, sont des conditions neuropsychiatriques impliquant des tics moteurs et/ou phoniques. En plus de nombreuses comorbidités, les patients qui en sont atteints ont aussi des difficultés neuropsychologiques, notamment au niveau de l’inhibition et des fonctions motrices. La thérapie cognitivo-comportementale permet d’améliorer les tics et la condition générale de ces patients. Nous avons donc enregistré, durant une tâche de compatibilité stimulus-réponse, les potentiels évoqués cognitifs et les potentiels de latéralisation motrice (lateralized readiness potential; LRP) chez 20 patients atteints de trouble des tic avant et après une thérapie cognitivo-comportementale, et chez 20 participants contrôles. Chez les patients atteints de trouble des tics, nos résultats ont révélé une apparition plus tardive de l’amorce du LRP moyenné par rapport au stimulus, une amplitude plus élevée du LRP moyenné par rapport à la réponse, et une suractivation frontale liée aux processus d’inhibition. Suite à la thérapie, le retard au niveau de la latence de l’amorce du LRP moyenné par rapport à la réponse est comblé et l’amplitude du LRP moyenné par rapport à la réponse est normalisée, mais pas la suractivation frontale liée à l’inhibition. Cela suggère donc que la thérapie induit une modification des processus prémoteurs de sélection et de préparation de la réponse, ainsi que des processus d’exécution motrice, mais n’altère pas la suractivation frontale reliée aux fonctions inhibitrices. Étant donnés ces résultats, nous suggérons que la thérapie cognitivo-comportementale induit une modification du fonctionnement des aires motrices du cerveau., Gilles de la Tourette syndrome and chronic tic disorder are two neuropsychiatric condition involving motor and/or phonic tics. In the DSM, these two conditions are characterized as “tic disorders”. Patients with such diagnoses face numerous comorbidities, and also show multiple neuropsychological impairments, especially concerning inhibition and motor processing. Tic symptoms, as well as general condition, can be improved with a cognitive-behavioural therapy (CBT). To this end, we recorded, during a stimulus-response compatibility task, event-related potentials and lateralized readiness potentials in 20 patients with tic disorder and 20 healthy controls. Patients and controls were paired on age, sex and hand dominance. Our result revealed a delay in stimulus-locked lateralized readiness potential (LRP) onset latency, higher response-locked LRP peak amplitude and a frontal overactivation related to stimulus inhibition in GTS and CTD patients. Following CBT, stimulus-locked LRP onset latency and response-locked LRP peak amplitude were normalized, but the frontal overactivation related to inhibition processing remained unchanged. These results suggest that CBT induces a modification of pre-motor processes such as response selection and preparation, as well as motor processes like response execution, but does not affect cortical activation related to stimulus inhibition. Since we found a reduction in tic symptoms, as well as a normalization of stimulus-locked LRP onset latency and response-locked LRP peak amplitude, and because LRPs are partly generated by the supplementary motor area, we suggest that CBT leads to a modification of this structure’s functioning.

Neurophenomenology of the Linguistic Sign : Contribution of the Phenomenological Morphodynamics and Structuralist (PMS) Model to Understanding the Neural Mechanisms Underlying the Constitution of Meaning. This paper describes a research program in neurosemiotics. The main idea is to propose the N400 component of the Event-Related Potential (ERP) as an «empirical referee » between two paradigms aiming at understanding meaning constitution. The first one is the classic functionnalist paradigm of cognitive sciences that describes computations for lexical access. The second one gathers Saussure structuralism, Husserlian phenomenology and Thom and Petitot morphodynamics (phenomenology, morphodynamics and structuralism, PMS paradigm). PMS assumes the co-presence of signified and signifier (Saussure), and the various modalisations of verbal consciousness (Husserl) together within a dynamics model involving meaning attractors without lexical access. The N400 component is proposed to empirically challenge the PMS paradigm that can help solve some empirical abnormalities that cannot be explained by the cognitive paradigm of lexical access., Cet article décrit un programme de recherche en neurosémiotique. L’idée principale consiste à proposer la composante N400 du potentiel évoqué comme «arbitre empirique » entre deux paradigmes de donation de sens : le paradigme fonctionnaliste des sciences cognitives, décrivant la séquence d’accès au lexique, et un paradigme réunissant le structuralisme saussurien, la phénoménologie husserlienne et la morphodynamique de Thom et Petitot (paradigme morphodynamique et structuraliste, PMS). Le paradigme PMS assume la consubstantialité du signifiant et du signifié (Saussure), ainsi que les diverses modalisations de la conscience verbale, dans un modèle dynamique, sans séquence d’accès lexical, mais en faisant intervenir des attracteurs relatifs au sens. La composante N400 est alors proposée pour mettre à l''épreuve de manière empirique (neuroscientifique) le paradigme PMS, celui-ci étant de nature à résoudre certaines anomalies empiriques que ne peut expliquer le paradigme cognitif d’accès au lexique., Vion-Dury Jean, Besson Mireille, Cermolacce Michel, Schön Daniele, Piotrowski David. Neurophénoménologie du signe linguistique : Apport du modèle Phénoménologique Morphodynamique et Structuraliste (PMS) à la compréhension des mécanismes neuraux sous-tendant la donation de sens. In: Intellectica. Revue de l'Association pour la Recherche Cognitive, n°64, 2015/2. Sciences de la cognition : réflexions prospectives. pp. 123-157.

The purpose of this project was to gain more knowledge about the effects of normal aging on sustained attention ability and attentional control mechanisms underlying this ability. To that end, we combined the use of behavioral, subjective and electrophysiological (event-related potentials) measures. Behavioral results evidenced differential effects of age on sustained attention ability according to the approach used: deterioration in detection tasks, and preservation in inhibition tasks. Electrophysiological data evidenced several special features of seniors regarding the recruitment of attentional control mechanisms in a situation of sustained attention: overall greater activation of these mechanisms, stable or increased activation of these mechanisms over the course of the task, and a more frontal topography of the regions underlying these mechanisms.; L’objectif de ces travaux de thèse était d’avancer dans la connaissance des effets du vieillissement normal sur les capacités d’attention soutenue et les mécanismes de contrôle attentionnel qui les sous-tendent. A cette fin, nous avons combiné l’utilisation de mesures comportementales, subjectives, et électrophysiologiques (potentiels évoqués). Les résultats comportementaux mettent en évidence des effets différenciés de l’âge sur les capacités d’attention soutenue en fonction de l’approche utilisée : détérioration dans les tâches de détection, et préservation dans les tâches d’inhibition. Les données électrophysiologiques mettent en évidence plusieurs spécificités des seniors dans l’engagement des mécanismes de contrôle attentionnel en situation d’attention soutenue : une activation globalement plus importante de ces mécanismes, une activation maintenue ou augmentée de ces mécanismes au fil de la tâche, et une topographie plus frontale des régions qui les sous-tendent.

L’influence de la couleur dans les mécanismes perceptuels et attentionnels a été étudiée. Quatre couleurs (le rouge, le vert, le bleu et le jaune) ont été calibrées individuellement à travers la technique heterochromatic flicker photometry. Suivant cela, les participants ont déployé leur attention à une cible (un cercle de couleur avec une ligne orientée). Les données électrophysiologiques ont été enregistrées pendant que les sujets performaient la tâche de recherche visuelle, et les analyses ont été basées sur les potentiels évoqués (PÉs). Trois composantes des PÉs ont été examinées : la posterior contralateral positivity (Ppc); la N2pc, reflétant le déploiement de l’attention visuo-spatiale et la temporal and contralateral positivity (Ptc). Des conditions dans lesquelles la cible était bleu ou rouge, lorsque comparées à des conditions avec une cible jaune ou verte suscitaient une N2pc plus précoce. Une amplitude plus élevée est aussi observée pour les cibles rouges pour les composantes Ppc et Ptc, reflétant une sélectivité pré-attentionelle. Ces résultats suggèrent de la prudence dans l’interprétation de données comparant des cibles de différentes couleurs dans des tâches de PÉs, et ce même lorsque les couleurs sont équiluminantes., We investigated how target color affected behavioral and electrophysiological results in a visual search task. Perceptual and attentional mechanisms were tracked using the N2pc component of the event-related potential and other lateralized components. Four colors (red, green, blue, or yellow) were calibrated for each participant for luminance through heterochromatic flicker photometry and equated to the luminance of grey distractors. Each visual display contained 10 circles, 1 colored and 9 grey, each of which contained an oriented line segment. The task required deploying attention to the colored circle, which was either in the left or right visual hemifield. Three lateralized ERP components relative to the side of the lateral colored circle were examined: a posterior contralateral positivity (Ppc) prior to N2pc, the N2pc, reflecting the deployment of visual spatial attention, and a temporal and contralateral positivity (Ptc) following N2pc. Red or blue stimuli, as compared to green or yellow, had an earlier N2pc. Both the Ppc and Ptc had higher amplitudes to red stimuli, suggesting particular selectivity for red. The results suggest that attention may be deployed to red and blue more quickly than to other colors and suggests special caution when designing ERP experiments involving stimuli in different colors, even when all colors are equiluminant.

L’amusie congénitale est un trouble neuro-développemental qui s’exprime par un déficit de discrimination tonale fine. Le cerveau des amusiques ne répond pas aux petites différences de hauteur, tel que révélé par l’absence de la composante de potentiel évoqué P3b, qui est associée aux processus de discrimination tonale tardifs et conscients. Peu d’études se sont penchées sur les mécanismes précoces et préconscients de discrimination tonale chez les amusiques, qui peuvent être étudiés par l’entremise d’une composante de potentiel évoqué appelée la négativité de discordance (MMN). Certaines études ont démontré qu’il est possible d’enregistrer la MMN pendant la présentation d’un film avec la trame sonore en simultané aux sons visant à évoquer la composante. Toutefois, une étude a démontré que la présentation de la trame sonore réduisait l’amplitude de la MMN, sans néanmoins clarifier la nature de l’effet d’interférence en cause. Les objectifs du présent projet sont d’abord, d’investiguer les effets à l’origine de la réduction d’amplitude de la MMN observée lors de la présentation d’un film avec la trame sonore, puis d’évaluer cette même composante chez les amusiques. La première étude visait à déterminer si un effet d’interférence attentionnelle ou acoustique était en cause dans la réduction d’amplitude observée sur la MMN lors de la présentation de la trame sonore d’un film. Les résultats ont montré qu’un effet de masquage acoustique, attribuable à la trame sonore, était responsable de la réduction d’amplitude de la MMN, cette dernière augmentant au fur et à mesure que l’intensité sonore de la trame du film était réduite. La seconde étude a été conduite dans le but d’investiguer la MMN chez les amusiques et de vérifier si le complexe d’ondes anormales N2b-P3b, observé en réponse aux grandes différences tonales chez les amusiques, pouvait être attribuable à un effet de saillance des stimuli. Dans un premier temps, nous avons comparé la MMN des amusiques à celle des contrôles, puis nous avons modifié le paradigme expérimental visant à évoquer la N2b-P3b en ajustant les probabilités d’occurrence des sons présentés aux contrôles en fonction des sons perçus par les amusiques. Les résultats ont montré que le cerveau des amusiques parvient à discriminer les différences de hauteur à un niveau précoce et préconscient, tel que révélé par une MMN normale, mais que les réponses cérébrales plus tardives, associées au processus de discrimination des hauteurs conscient, sont anormales chez les amusiques, et ce, uniquement pour les petites différences de hauteur, tel que révélé par l’absence de la P3b. En conclusion, ces résultats démontrent que l’amplitude de la MMN est affectée de manière significative par la présentation de la trame sonore d’un film et que cela est attribuable à un effet d’interférence acoustique. Dans un deuxième temps, nous avons démontré que les mécanismes précoces et préconscients de discrimination tonale sont préservés chez les amusiques, et que le déficit sous-jacent à l’amusie congénitale est attribuable à une atteinte du processus de discrimination tonale fine associé à un niveau de traitement cérébral tardif et conscient, le complexe d’ondes anormales N2b-P3b étant pour sa part attribuable à un effet de saillance des stimuli., Congenital amusia is a neurodevelopmental disorder which is characterized by a deficit in fine-grained pitch discrimination. In fact, the amusic brain does not respond to small pitch changes, such as reflected by the absence of the event-related (ERP) component P3b, which is associated to late and conscious pitch discrimination processes. Until now, very few studies focused on early preconscious levels of processing in amusia, which can be studied through an ERP component called the mismatch negativity (MMN). Some studies have demonstrated that the MMN can be recorded while playing the soundtrack of a movie in concurrence with the MMN-critical tones. However, one study demonstrated that playing the movie soundtrack reduced MMN amplitude, but did not investigate the origin of this effect. The main goals of this project are, first, to investigate the nature of the effect responsible for the MMN reduction observed when playing a movie soundtrack, and secondly, to evaluate the MMN in congenital amusia. The first study aimed to investigate if an attentionnal or acoustical interference effect could account for the reduction in MMN amplitude observed when playing the movie soundtrack. The results showed that an acoustical masking effect of the movie soundtrack was responsible for the reduction in MMN amplitude. In fact, MMN amplitude increased as the intensity level of the movie soundtrack decreased. The goal of the second study was to investigate the MMN in congenital amusia, but also to explore if the abnormal N2b-P3b complex observed in amusics in a previous study could be accounted for by an effect of salience of the stimuli. Thus, we first compared the MMN results between amusics and controls, and then, we modified the experimental paradigm meant to evoke the N2b-P3b by adjusting the probabilities of occurrence of the sounds presented to the controls as a function of the sounds perceived by their matched amusics. The results showed that the amusic brain can detect all pitch changes at an early and preconscious level of processing, such as demonstrated by a normal MMN in both groups. Furthermore, our results showed that the amusic brain does not respond normally solely to small pitch changes at a later conscious level of processing, such as revealed by the absence of the P3b, thus showing that the abnormal N2b-P3b complex of ERP components observed in a previous study is better explained by a saliency effect of the stimuli and does not represent an electrophysiological anomaly specific to congenital amusia. In conclusion, our results have first shown that MMN amplitude is decreased by presenting a movie soundtrack and this is due to a masking effect at the acoustical level of the soundtrack over the MMN-critical tones. Finally, our second study showed that the early preconscious mechanisms of pitch discrimination are preserved in congenital amusia, and that the pitch deficit underlying congenital amusia is limited to an anomaly in the late and conscious processing of small pitch changes, the abnormal N2b-P3b complex being rather explained by an effect of salience of the stimuli.

Spatial navigation refers to the ability to find one's way in complex environments, and is particularly affected in elderly individuals. We aimed to better understand the mechanisms underlying age-related deficits in spatial navigation, focusing on early cognitive processes. For this purpose, we compared performances obtained by elderly individuals above 60 years and by younger adults during spatial tasks, and used the event-related potentials (ERP) technique to investigate underlying neural processes. First, we found that allocentric localization is impaired in aging, whereas egocentric localization seems to be preserved. Then, we investigated the role of visuo-perceptive or attentional processes in spatial cognition, and their preservation in aging. ERP showed that perceptive processes seem to be preserved in elderly individuals, whereas spatial attention processes were impaired in these subjects. Finally, we showed that encoding processes are also particularly affected by aging., La navigation spatiale désigne la capacité de s'orienter et se repérer dans un environnement, et est particulièrement altérée chez les personnes âgées. Dans ce travail de thèse, nous proposons d'identifier les mécanismes sous-tendant le déclin de cette fonction chez les seniors. Nous avons comparé les performances de participants âgés à celles de sujets jeunes lors de tâches spatiales, et employé la technique des potentiels évoqués (PE) afin d’analyser les mécanismes neuronaux sous-jacents. Nous avons montré une atteinte de la localisation allocentrique chez les seniors, tandis que la localisation égocentrique semble préservée. Nous avons étudié l'efficience de processus visuo-perceptifs et attentionnels chez les sujets âgés. L'analyse des PE montre une préservation des processus perceptifs avec l'âge, tandis que les processus d'attention spatiale semblent particulièrement décliner. Enfin, les processus d'encodage spatial semblent également affectés chez les sujets âgés.

La présente thèse reprend trois articles de recherche (deux études et un article de revue) portant sur les neurosciences cognitives du langage, chacun desquels a été écrit en vue d’identifier les bénéfices que la théorie (neuro)linguistique contemporaine pourrait tirer d’une étude exhaustive des processus cognitifs et neuraux sous-tendant les troubles du spectre autistique (TSA) et inversement. Deux études y sont présentées, utilisant la méthode des potentiels évoqués, lesquelles fournissent des preuves préliminaires, chez des individus typiques, de deux aspects de la compréhension de phrases nécessitant une recherche approfondie chez des personnes autistes : (1) Les corrélats neuraux de la nature syntaxique et sémantique particulière des verbes d’expérience (par exemple The girl has feared the storm) contrairement aux verbes d’action (par exemple The kids have eaten the fries) et leur interface potentielle avec la Théorie de l’Esprit – la capacité d’attribuer des états mentaux à soi et à autrui – pour laquelle les personnes autistes semble accuser un retard et/ou un déficit, et (2) les corrélats neuraux des compétences en « imagerie visuelle », telles quelles sont identifiées à l’aide des Matrices de Raven, sur les processus de détection de violations de catégories grammaticales (par exemple He made the meal to enjoy with friends/He made the enjoy to meal with friends) dans un paradigme expérimental “équilibré” et en modalité visuelle. L’article de revue cherche à fournir une perspective plus large du rôle que les neurosciences cognitives des TSA peuvent jouer dans l’étude biologique du langage. L’importance de considérer l’autisme comme un « style cognitif » plutôt qu’un trouble en soi y est défendue, en particulier contre la notion commune d’autisme en tant que déficit de Théorie de l’Esprit. Au delà de leurs perspectives potentielles de recherche future auprès de populations autistes, ces trois articles cherchent à répondre à plusieurs questions de recherche cruciales sur le développement et la compréhension du langage (c’est à dire le débat sur la «P600 sémantique», les théorie d’échantillonnage asymétrique de la perception de la parole et de la musique, le rôle de la vision dans le langage, la modularité, les styles cognitifs et l’inférence Bayesienne)., The present thesis comprises a set of three research articles (two studies and one review article) on the cognitive neuroscience of language, all of which were written with the purpose of understanding the benefits that contemporary (neuro)linguistic theory may draw from an extensive study of the cognitive and neural processes underlying Autism Spectrum Disorders (ASD) and vice versa. Two studies are presented, using event-related brain potentials, which provide preliminary evidence in typical individuals for two aspects of sentence processing in need of future investigation in ASD participants: (1) The neural correlates of the peculiar syntactic and semantic nature of verbs of experience (Experiencer Subject verbs, i.e., The girl has feared the storm) as opposed to verbs of action (Agent Subject verbs, i.e., The boys have eaten the fries) and their potential interface with Theory of Mind – the ability to attribute mental states to self and others – known to present delays and impairments in autism, and (2) the neural correlates of “visual imagery” skills, as assessed through the Raven Matrices, on comprehenders’ ability to detect word category violations (e.g., He made the meal to enjoy with friends/He made the enjoy to meal with friends) in a balanced visual paradigm and their potential insights into the role of visual imagery in language comprehension, known to play a potentially predominant role in ASD. The review article attempts to provide a larger perspective on the role of the cognitive neuroscience of ASD in the biology of language, in which the importance of considering autism as a “cognitive style” rather than as a disorder is given greater value, especially relative to the common notion of autism solely as a Theory of Mind impairment. Aside from their potential prospects for future research in autistic populations, these three articles also attempt to frame their topic of inquiry into the broader context of contemporary research questions on language development and language comprehension, such as the role of animacy in language processing (the “semantic P600” debate), asymmetric sampling theories of speech and music perception, the role of vision in language, modularity, cognitive styles or Bayesian inference., VERSION ANGLAISE DISPONIBLE AU DÉPARTEMENT; THÈSE RÉALISÉE CONJOINTEMENT AVEC L'ÉCOLE DES SCIENCES DE LA COMMUNICATION DE L'UNIVERSITÉ MCGILL (DRS. K. STEINHAUER ET J.E. DRURY).

Le traitement visuel répété d’un visage inconnu entraîne une suppression de l’activité neuronale dans les régions préférentielles aux visages du cortex occipito-temporal. Cette «suppression neuronale» (SN) est un mécanisme primitif hautement impliqué dans l’apprentissage de visages, pouvant être détecté par une réduction de l’amplitude de la composante N170, un potentiel relié à l’événement (PRE), au-dessus du cortex occipito-temporal. Le cortex préfrontal dorsolatéral (CPDL) influence le traitement et l’encodage visuel, mais sa contribution à la SN de la N170 demeure inconnue. Nous avons utilisé la stimulation électrique transcrânienne à courant direct (SETCD) pour moduler l’excitabilité corticale du CPDL de 14 adultes sains lors de l’apprentissage de visages inconnus. Trois conditions de stimulation étaient utilisées: inhibition à droite, excitation à droite et placebo. Pendant l’apprentissage, l’EEG était enregistré afin d’évaluer la SN de la P100, la N170 et la P300. Trois jours suivant l’apprentissage, une tâche de reconnaissance était administrée où les performances en pourcentage de bonnes réponses et temps de réaction (TR) étaient enregistrées. Les résultats indiquent que la condition d’excitation à droite a facilité la SN de la N170 et a augmentée l’amplitude de la P300, entraînant une reconnaissance des visages plus rapide à long-terme. À l’inverse, la condition d’inhibition à droite a causé une augmentation de l’amplitude de la N170 et des TR plus lents, sans affecter la P300. Ces résultats sont les premiers à démontrer que la modulation d’excitabilité du CPDL puisse influencer l’encodage visuel de visages inconnus, soulignant l’importance du CPDL dans les mécanismes d’apprentissage de base., Repeated visual processing of an unfamiliar face suppresses neural activity in face-specific areas of the occipito-temporal cortex. This "repetition suppression" (RS) is a primitive mechanism involved in learning of unfamiliar faces, which can be detected through amplitude reduction of the N170 event-related potential (ERP). The dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) exerts top-down influence on early visual processing. However, its contribution to N170 RS and learning of unfamiliar faces remains unclear. Transcranial direct current stimulation (tDCS) transiently increases or decreases cortical excitability, as a function of polarity. We hypothesized that DLPFC excitability modulation by tDCS would cause polarity-dependent modulations of N170 RS during encoding of unfamiliar faces. tDCS-induced N170 RS enhancement would improve long-term recognition reaction time (RT) and/or accuracy rates, whereas N170 RS impairment would compromise recognition ability. Participants underwent three tDCS conditions in random order at ~72 hour intervals: right anodal/left cathodal, right cathodal/left anodal and sham. Immediately following tDCS conditions, an EEG was recorded during encoding of unfamiliar faces for assessment of P100 and N170 visual ERPs. P300 was analyzed to detect prefrontal function modulation. Recognition tasks were administered ~72 hours following encoding. Results indicate the right anodal/left cathodal condition facilitated N170 RS and induced larger P300 amplitudes, leading to faster recognition RT. Conversely, the right cathodal/left anodal condition caused increases in N170 amplitudes and RT, but did not affect P300. These data are the first to demonstrate that DLPFC excitability modulation can influence early visual encoding of unfamiliar faces, highlighting the importance of DLPFC in basic learning mechanisms.

Dans de nombreux comportements qui reposent sur le rappel et la production de séquences, des groupements temporels émergent spontanément, créés par des délais ou des allongements. Ce « chunking » a été observé tant chez les humains que chez certains animaux et plusieurs auteurs l’attribuent à un processus général de chunking perceptif qui est conforme à la capacité de la mémoire à court terme. Cependant, aucune étude n’a établi comment ce chunking perceptif s’applique à la parole. Nous présentons une recension de la littérature qui fait ressortir certains problèmes critiques qui ont nui à la recherche sur cette question. C’est en revoyant ces problèmes qu’on propose une démonstration spécifique du chunking perceptif de la parole et de l’effet de ce processus sur la mémoire immédiate (ou mémoire de travail). Ces deux thèmes de notre thèse sont présentés séparément dans deux articles. Article 1 : The perceptual chunking of speech: a demonstration using ERPs Afin d’observer le chunking de la parole en temps réel, nous avons utilisé un paradigme de potentiels évoqués (PÉ) propice à susciter la Closure Positive Shift (CPS), une composante associée, entre autres, au traitement de marques de groupes prosodiques. Nos stimuli consistaient en des énoncés et des séries de syllabes sans sens comprenant des groupes intonatifs et des marques de groupements temporels qui pouvaient concorder, ou non, avec les marques de groupes intonatifs. Les analyses démontrent que la CPS est suscitée spécifiquement par les allongements marquant la fin des groupes temporels, indépendamment des autres variables. Notons que ces marques d’allongement, qui apparaissent universellement dans la langue parlée, créent le même type de chunking que celui qui émerge lors de l’apprentissage de séquences par des humains et des animaux. Nos résultats appuient donc l’idée que l’auditeur chunk la parole en groupes temporels et que ce chunking perceptif opère de façon similaire avec des comportements verbaux et non verbaux. Par ailleurs, les observations de l’Article 1 remettent en question des études où on associe la CPS au traitement de syntagmes intonatifs sans considérer les effets de marques temporels. Article 2 : Perceptual chunking and its effect on memory in speech processing:ERP and behavioral evidence Nous avons aussi observé comment le chunking perceptif d’énoncés en groupes temporels de différentes tailles influence la mémoire immédiate d’éléments entendus. Afin d’observer ces effets, nous avons utilisé des mesures comportementales et des PÉ, dont la composante N400 qui permettait d’évaluer la qualité de la trace mnésique d’éléments cibles étendus dans des groupes temporels. La modulation de l’amplitude relative de la N400 montre que les cibles présentées dans des groupes de 3 syllabes ont bénéficié d’une meilleure mise en mémoire immédiate que celles présentées dans des groupes plus longs. D’autres mesures comportementales et une analyse de la composante P300 ont aussi permis d’isoler l’effet de la position du groupe temporel (dans l’énoncé) sur les processus de mise en mémoire. Les études ci-dessus sont les premières à démontrer le chunking perceptif de la parole en temps réel et ses effets sur la mémoire immédiate d’éléments entendus. Dans l’ensemble, nos résultats suggèrent qu’un processus général de chunking perceptif favorise la mise en mémoire d’information séquentielle et une interprétation de la parole « chunk par chunk »., In numerous behaviors involving the learning and production of sequences, temporal groups emerge spontaneously, created by delays or a lengthening of elements. This chunking has been observed across behaviors of both humans and animals and is taken to reflect a general process of perceptual chunking that conforms to capacity limits of short-term memory. Yet, no research has determined how perceptual chunking applies to speech. We provide a literature review that bears out critical problems, which have hampered research on this question. Consideration of these problems motivates a principled demonstration that aims to show how perceptual chunking applies to speech and the effect of this process on immediate memory (or “working memory”). These two themes are presented in separate papers in the format of journal articles. Paper 1: The perceptual chunking of speech: a demonstration using ERPs To observe perceptual chunking on line, we use event-related potentials (ERPs) and refer to the neural component of Closure Positive Shift (CPS), which is known to capture listeners’ responses to marks of prosodic groups. The speech stimuli were utterances and sequences of nonsense syllables, which contained intonation phrases marked by pitch, and both phrase-internal and phrase-final temporal groups marked by lengthening. Analyses of CPSs show that, across conditions, listeners specifically perceive speech in terms of chunks marked by lengthening. These lengthening marks, which appear universally in languages, create the same type of chunking as that which emerges in sequence learning by humans and animals. This finding supports the view that listeners chunk speech in temporal groups and that this perceptual chunking operates similarly for speech and non-verbal behaviors. Moreover, the results question reports that relate CPS to intonation phrasing without considering the effects of temporal marks. Paper 2: Perceptual chunking and its effect on memory in speech processing: ERP and behavioral evidence We examined how the perceptual chunking of utterances in terms of temporal groups of differing size influences immediate memory of heard speech. To weigh these effects, we used behavioural measures and ERPs, especially the N400 component, which served to evaluate the quality of the memory trace for target lexemes heard in the temporal groups. Variations in the amplitude of the N400 showed a better memory trace for lexemes presented in groups of 3 syllables compared to those in groups of 4 syllables. Response times along with P300 components revealed effects of position of the chunk in the utterance. This is the first study to demonstrate the perceptual chunking of speech on-line and its effects on immediate memory of heard elements. Taken together the results suggest that a general perceptual chunking enhances a buffering of sequential information and a processing of speech on a chunk-by-chunk basis.

La présente étude s’intéresse aux mécanismes neuronaux qui sous-tendent la rétention en mémoire à court terme auditive (MCTA) en utilisant la technique des potentiels reliés aux événements (PRE). Dans l’Expérience 1, nous avons isolé une composante de PRE, nommée SAN pour « sustained anterior negativity ». La SAN augmentait en amplitude négative plus le nombre de sons à maintenir en MCTA augmentait. Cet effet de charge était présent, bien que la durée totale des stimuli restait la même entre les conditions. L’effet de charge observé par la SAN dans l’Expérience 1 disparaissait dans l’Expérience 2, où les mêmes sons étaient utilisés, mais où la mémorisation de ceux-ci n’était plus requise. Finalement, dans l’Expérience 3, la tâche de MCTA a été effectuée avec et sans suppression articulatoire durant l'intervalle de rétention. L’effet de charge trouvé dans l’Expérience 1 était de nouveau observé, lorsque les participants faisaient la tâche de suppression articulatoire ou non. Ces résultats suggèrent que la SAN reflète l'activité nécessaire pour le maintien des objets acoustiques dans un système de MCTA qui serait distinct de la répétition phonologique., We studied the neuronal mechanisms that implement acoustic short-term memory (ASTM) for pitch using event-related potentials (ERP). Experiment 1 isolated an ERP component, the sustained anterior negativity (SAN), that increased in amplitude with increasing memory load in ASTM using stimuli with equal duration at all memory loads. The SAN load effect found in Experment 1, when pitch had to be remembered to perform the task, was absent in Experiment 2 using the same sounds when memory was not required. In Experiment 3 the memory task was performed without or with concurrent articulatory suppression during the retention interval, to suppress rehearsal via an articulatory loop. Load-related effects found in Experiment 1 were found again, whether participants engaged in concurrent suppression or not. The results suggest that the SAN reflects activity required to maintain pitch objects in an ASTM system that is distinct from articulatory rehearsal.

Le vieillissement normal est souvent associé à des changements cognitifs négatifs, notamment sur les performances cognitives. Cependant, des changements comportementaux et cérébraux positifs ont aussi été observés. Ces modifications indiquent l’existence d’une plasticité cérébrale dans le vieillissement normal. Ainsi, plusieurs facteurs ont été étudiés afin de mieux connaitre les modulateurs de cette plasticité dite positive. La plupart des études évaluant ce phénomène ont utilisé la technique d’imagerie par résonance magnétique alors que la technique des potentiels évoqués a été beaucoup moins utilisée. Cette technique est basée sur les enregistrements de l’activité électrique cérébrale très sensible aux changements anatomiques associés au vieillissement et permet donc d’observer de manière précise les variations du décours temporel des ondes éléctrophysiologiques lors du traitement des informations. Les travaux de cette thèse visent à étudier les modifications de plasticité cérébrale induites par des facteurs protecteurs/préventifs du vieillissement normal et notamment lors de la réalisation de tâches impliquant le contrôle attentionnel, grâce à l’analyse de signaux électroencéphalographiques en potentiels évoqués. Dans un premier temps, une description de l’analyse des données EEG en potentiels évoqués sera fournie, suivie d’une revue de littérature sur le contrôle attentionnel et les facteurs de plasticité dans le vieillissement normal (Chapitre 1). Cette revue de littérature mettra en avant, d’une part la diminution des capacités de contrôle de l’attention dans le vieillissement et d’autre part, les facteurs protecteurs du vieillissement ainsi que la plasticité cérébrale qui leur est associée. Ces facteurs sont connus pour avoir un effet positif sur le déficit lié à l’âge. La première étude de ce projet (Chapitre 2) vise à définir l’effet d’un facteur de réserve cognitive, le niveau d’éducation, sur les composantes des potentiels évoqués chez les personnes âgées. Cette étude mettra en avant une composante des potentiels évoqués, la P200, comme indice de plasticité lorsqu’elle est liée au niveau d’éducation. Cet effet sera observé sur deux tâches expérimentales faisant intervenir des processus de contrôle attentionnel. De plus, une différence d’épaisseur corticale sera observée : les personnes âgées ayant un plus haut niveau d’éducation ont un cortex cingulaire antérieur plus épais. La deuxième étude (Chapitre 3) cherche à déterminer, chez les personnes âgées, les modifications comportementales et en potentiels évoqués induites par trois entraînements cognitifs, entrainements visant l’amélioration de processus attentionnels différents : l’attention focalisée, l’attention divisée, ainsi que la modulation de l’attention. Au niveau comportemental, les entraînements induisent tous une amélioration des performances. Cependant, l’entraînement en modulation de l’attention est le seul à induire une amélioration du contrôle attentionnel. Les résultats éléctrophysiologiques indiquent la N200 comme composante sensible à la plasticité cérébrale à la suite d’entraînements cognitifs. L’entraînement en modulation de l’attention est le seul à induire une modification de cette composante dans toutes les conditions des tests. Les résultats de ces études suggèrent que les facteurs protecteurs du vieillissement permettent des changements positifs observés en potentiels évoqués. En effet, nous mettons en évidence des phénomènes de plasticité cérébrale des personnes âgées qui diffèrent selon leurs origines. L’impact de ces résultats ainsi que les limites et perspectives futures seront présentés en fin de thèse (Chapitre 4)., Normal aging usually has a negative connotation for cognitive functioning. However, positive changes have been reported in the literature concerning the elderly. Indeed positive plasticity associated with protective factors has been found to have an impact on cognition. This plasticity was observed using magnetic resonance imaging which gives precise information concerning the localization of cerebral activations, but event-related potentials have not been used to evaluate this plasticity. Certain factors have been found to induce positive changes in the elderly; cognitive reserve factors, such as education, have been found to protect against deleterious effects of aging. Additionally, training programs aiming to improve various cognitive processes, such as attentional control, have been described to increase performance in the elderly and to induce changes in cerebral activity. The following thesis describes two studies that use event-related potentials (ERP) in which we evaluate the impact of education and attentional control training on cerebral plasticity in normal aging. Based on a literature review, Chapter 1 will describe ERP techniques, attentional control in aging as well as the different protective factors in aging and their impact on plasticity. This literature review will also highlight the lack of studies using the ERP technique. To address this dearth, chapter 2 will present a study that uses ERP to evaluate the effect of educational level on cerebral plasticity in aging populations. This reserve factor was studied using two tasks involving attentional control while recording ERPs to define the plasticity associated with it. Results indicate that the P200 component of event-related potentials serves as an index of plasticity, when this plasticity is related to the level of education. Additionally, cortical thickness analyses show a thicker anterior cingulate cortex with higher education. Chapter 3 examines the impact of three attentional training formats: focused attention, divided attention and attentional modulation formats. These formats have been reported to improve performance in the elderly in different attentional processes. Before and after being assigned to one of the training formats, participants underwent an EEG recording while performing an attentional control task. Behaviorally, all groups improved, but only attentional modulation training induces changes in attentional control. Event-related potentials reveal the N200, as an index of plasticity associated with cognitive training. Changes in the N200 component after training were shown in all testing conditions only for the group having received attentional modulation training. Results confirm that positive plasticity exists in aging and that some ERP components can serve as indexes of plasticity. However, this index differs depending upon factors responsible for the plasticity. Chapter 4 discusses the impact and limitations of the findings, as well as future areas of research.

International audience

La capture contingente de l’attention est un phénomène dans lequel les mécanismes d’orientation endogène et exogène de l’attention interagissent, de sorte qu’une propriété qui est pertinente à la tâche en cours, et donc qui fait l’objet de contrôles attentionnels descendants, endogènes, capture l’attention de façon involontaire, exogène, vers sa position spatiale. Dans cette thèse, trois aspects de ce phénomène ont été étudiés. Premièrement, en explorant le décours temporel de la capture contingente de l’attention et la réponse électrophysiologique à des distracteurs capturant ainsi l’attention, il a été établi que le déficit comportemental symptomatique de cette forme de capture était lié à un déploiement de l’attention visuospatiale vers la position du distracteur, et que ce traitement spatialement sélectif pouvait être modulé par le partage d’autres propriétés entre le distracteur et la cible. Deuxièmement, l’utilisation des potentiels liés aux événements a permis de dissocier l’hypothèse de capture contingente de l’attention et l’hypothèse de capture pure de l’attention. Selon cette interprétation, un stimulus ne peut capturer l’attention aux stades préattentifs de traitement que s’il présente le plus fort signal ascendant parmi tous les stimuli présents. Les contrôles attentionnels descendants ne serviraient donc qu’à désengager l’attention d’un tel stimulus. Les résultats présentés ici vont à l’encontre d’une telle interprétation, puisqu’un déploiement de l’attention visuospatiale, indexé par la présence d’une N2pc, n’a été observé que lorsqu’un distracteur périphérique possédait une caractéristique pertinente à la tâche en cours, même lorsque ses propriétés de bas niveau n’étaient pas plus saillantes que celles des autres items présents. Finalement, en utilisant un paradigme où la cible était définie en fonction de son appartenance à une catégorie alphanumérique, il a été démontré que des contrôles attentionnels en faveur d’un attribut conceptuel pouvaient guider l’attention visuospatiale de façon involontaire, rejetant une nouvelle fois l’hypothèse de la capture pure de l’attention., Contingent involuntary orienting is a phenomenon in which endogenous and exogenous attentional mechanisms interact, such that an item captures attention only if it shares an attribute that is relevant for the task at hand. Hence, top-down attentional control settings are established endogenously in favour of the relevant attribute, but stimuli sharing this attribute draw attention to their location involuntarily. The present thesis explores three aspects of this phenomenon. First, by studying the time course of this contingent capture effect, and by measuring event-related potentials (ERPs) to capturing distractors, it has been established that the performance deficits linked to contingent capture are in fact due to a deployment of visuospatial attention to the location of the distractor. Moreover, this spatially selective processing of the capturing distractor can be modulated if the distractor shares another target attribute, beside the target defining attribute. The ERP technique also permitted the dissociation of the contingent involuntary orienting hypothesis and the pure capture with brief attentional dwell time hypothesis. According to the latter interpretation, only salient singletons have the ability to capture attention at preattentive stages of processing. Therefore, top-down attentional control settings serve only to disengage attention from the location of such singletons when they do not share target features. The present results argue against this interpretation, because a deployment of visuospatial attention, indexed by the presence of the N2pc, was observed only in response to peripheral distractors sharing the target-defining attribute, even when all items in the stimulus displays were equated in terms of bottom-up salience. Lastly, when alphanumeric category was used to define the target, it was shown that top-down attentional control settings in favour of such conceptual attributes could be successfully implemented and used to guide visuospatial attention in an exogenous fashion, providing further evidence against the pure capture hypothesis.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Interactions between Vision and Emotion, two major adaptive functions, have been largely investigated. It is also well known that visual performance decreases with retinal eccentricity. Therefore, studies aiming to explore emotional processing always presented stimuli in central vision (CV) but never at eccentric positions, in peripheral vision (PV). The main purpose of this work was to examine behavioral and cerebral responses following the presentation of emotional stimulations in PV. Evoked related potentials (ERP) were recorded and analyzed by the use of spatio-temporal principal component analyses (PCA). Considering the saliency character of emotional information and its facility to capture attentional resources, present study was expected to optimize PV responses in order to better explore PV mechanisms. Furthermore, peripheral emotional stimulations could help to draw new strategies devoted to the reeducation of CV pathologies mainly due to central scotomas. Indeed, in these pathologies, PV represents the only available visual resources.First, we confirmed that natural scenes were processed faster and better in CV than in PV. We showed for the first time an emotional modulation of reaction times and ERP components specifically generated by peripheral presentations. These results allowed us to extend to PV classical data about differential processing of neutral and emotional information described for the CV.Second, keeping in mind possibilities of neurovisual reeducation, we looked for specific stimulations which could increase PV reactivity when associated with emotional information. Accordingly, because of their relevant role in social communication, emotional faces (fearful, neutral, happy) were used to stimulate the PV. Results showed that faces are processed in PV and their emotional expression modulates behavioral and cerebral responses. Indeed, participants responded faster for emotional faces than for neutral ones and evoked components were larger when emotional faces appeared.Finally, some studies suggest that PV performance could be improved following the peripheral presentation of dynamic stimuli. Therefore, saliency of emotional faces could be strengthened by the animation of their expression. In this third experiment, we presented static and dynamic emotional faces. Results of the second experiment were confirmed but no advantage could be found for presentations of dynamic faces.In a prospective view, emotional and neutral faces were presented to patients with central scotomas. The behavioral results evidenced that emotional faces were better processed than neutral ones and suggest that such stimulations could be used to increase peripheral visual resources.In conclusion, this work provides new behavioral and electrophysiological data on emotional processing in PV and brings new insights concerning the use of emotional information in neurovisual reeducation of CV pathologies.; Vision et Emotion sont deux fonctions adaptatives majeures dont les interactions ont été largement évaluées. Il est aussi reconnu que les performances visuelles déclinent fortement au fur et à mesure que les stimulations s'éloignent du centre du champ visuel. De ce fait, les études s'intéressant au traitement des informations visuelles émotionnelles ont systématiquement présenté ces stimulations en vision centrale (VC) mais jamais de manière excentrée, en vision périphérique (VP). Ce travail a pour objectif général d'explorer les réponses induites par des stimulations émotionnelles présentées en VP, aux niveaux comportemental et cérébral, grâce à la technique des potentiels évoqués (PE). Le caractère saillant de l'information émotionnelle, par sa capacité à capter préférentiellement les ressources attentionnelles, devrait : d'une part, optimiser la réactivité de la VP ; d'autre part, faciliter la rééducation de pathologies de la VC (scotomes centraux), dans la mesure où, lors de ces pathologies, seules les ressources de la VP demeurent disponibles.En premier lieu, nous avons voulu explorer la capacité de la VP à traiter des images de scènes naturelles dont certaines contiennent des informations émotionnelles. Nous avons notamment observé pour la première fois l'existence de composantes électrophysiologiques évoquées par la VP. De plus, nous avons pu constater que le contenu émotionnel des images module les performances comportementales des participants ainsi que leur activité cérébrale, comme classiquement décrit en VC. Ces résultats plaident en faveur d'une différentiation précoce des informations visuelles présentées en VP selon leur nature affective et permet d'envisager leur utilisation dans le cadre de la rééducation neurovisuelle.En deuxième lieu, et ayant à l'esprit les possibilités de rééducation neurovisuelle, nous avons cherché les stimulations susceptibles de mobiliser au mieux les ressources visuelles, pour ensuite les associer, en VP, à des informations émotionnelles. En conséquence, nous nous sommes intéressés au traitement de visages émotionnels (peur, neutre, joie) en VP car ils constituent, du fait de leur rôle dans les interactions sociales, des stimulations visuelles particulièrement saillantes. Cette étude a permis de montrer que les visages sont traités en VP et que leur expression émotionnelle a un impact au niveau comportemental et électrophysiologique. En particulier, les réponses des participants sont plus rapides et les composantes évoquées sont plus amples lorsque des visages de peur et de joie sont présentés en VP par rapport à des visages neutres.Enfin, certaines études suggèrent une amélioration des performances de la VP lorsque des stimuli sont présentés en mouvement. De ce fait, la saillance des visages en VP pourrait être renforcée par le caractère dynamique de leur expression émotionnelle. Dans une troisième expérience, nous avons donc présenté des visages statiques et des visages animés, neutres et émotionnels, en VC et en VP. Les résultats obtenus confirment les données de la seconde expérience mais ne permettent pas d'attribuer un avantage spécifique à la composante dynamique des visages présentés, qu'ils soient émotionnels ou neutres.A titre prospectif, nous avons présenté, à des patients atteints de scotomes centraux, des visages émotionnels et neutres. Les résultats comportementaux permettent de mettre en évidence que, chez ces patients, les visages émotionnels sont mieux traités que les neutres en VP. Les expressions faciales émotionnelles pourraient donc s'avérer des stimuli particulièrement adaptés dans le cadre de l'amélioration des ressources de la VP.En conclusion, ce travail apporte des données comportementales et électrophysiologiques inédites sur le codage de l'information émotionnelle en VP et ouvre des perspectives encourageantes sur l'utilisation de la saillance émotionnelle dans la rééducation des déficits de la vision centrale.

Respiratory-related evoked potentials (RREP) reflect the activity of cortical neurons in response to occlusions of the airway at the mouth during inspiration. They may provide insights into afferents pathways and cortical processes underlying suprapontine control of breathing and perception of respiratory sensations. This thesis aimed at clarifying the origin of the RREP and at assessing whether severe obstructive sleep apnea syndrome (OSAS) would be associated to changes in their characteristics, during wakefulness. The first study of this thesis showed that predominant diaphragm fatigue did not affect the RREP. The second study showed that upper airway afferents were a paramount source for the early components of the RREP. The third study showed that upper airway anesthesia did not modify the RREP. The results of the fourth study were consistent with a normal projection to the cortex of sensory inputs related to upper airway occlusion, in severe OSAS patients during wakefulness. However, these results were also consistent with an impairment of the cortical processing of these inputs. The role of this impairment in the pathogenesis of OSAS remains to be assessed. Together with other published data, the results of this thesis suggest that the sources and the determinants of the RREP may be multiple and complex. Further investigations are therefore needed before clinical applications.; Les potentiels évoqués respiratoires (PER) correspondent aux projections corticales d'afférences mises en jeu lors d'occlusions inspiratoires brèves. Ils pourraient constituer un outil d'étude des voies afférentes et des systèmes d'intégrations cérébraux impliqués dans le contrôle supra-pontique de la ventilation et dans certaines sensations respiratoires. Les travaux présentés dans cette thèse visent à caractériser les déterminants des PER et à étudier leurs éventuelles modifications au cours du syndrome d'apnées obstructives du sommeil sévère. La première étude montre que la fatigue diaphragmatique ne modifie pas les caractéristiques des PER. La deuxième étude suggère un rôle déterminant des afférences provenant des voies aériennes supérieures dans la constitution des PER. La troisième étude montre que l'anesthésie locale des voies aériennes supérieures n'affecte pas les PER. La quatrième étude révèle que la transmission au cortex cérébral d'informations relatives à l'occlusion inspiratoire des voies aériennes supérieures, est normale au cours du syndrome d'apnées obstructives du sommeil, à l'éveil. Elle met cependant en évidence l'existence d'anomalies du traitement cortical d'informations de source respiratoire. Le rôle de ces anomalies dans une éventuelle prolongation des troubles respiratoires nocturnes, reste à déterminer. Au terme de ce travail, et aux vues des différentes données de la littérature, il apparaît que les déterminants des PER sont probablement multiples et complexes. La place de cette technique en tant qu'outil d'investigation des sensations respiratoire reste à préciser.

Respiratory-related evoked potentials (RREP) reflect the activity of cortical neurons in response to occlusions of the airway at the mouth during inspiration. They may provide insights into afferents pathways and cortical processes underlying suprapontine control of breathing and perception of respiratory sensations. This thesis aimed at clarifying the origin of the RREP and at assessing whether severe obstructive sleep apnea syndrome (OSAS) would be associated to changes in their characteristics, during wakefulness. The first study of this thesis showed that predominant diaphragm fatigue did not affect the RREP. The second study showed that upper airway afferents were a paramount source for the early components of the RREP. The third study showed that upper airway anesthesia did not modify the RREP. The results of the fourth study were consistent with a normal projection to the cortex of sensory inputs related to upper airway occlusion, in severe OSAS patients during wakefulness. However, these results were also consistent with an impairment of the cortical processing of these inputs. The role of this impairment in the pathogenesis of OSAS remains to be assessed. Together with other published data, the results of this thesis suggest that the sources and the determinants of the RREP may be multiple and complex. Further investigations are therefore needed before clinical applications.; Les potentiels évoqués respiratoires (PER) correspondent aux projections corticales d'afférences mises en jeu lors d'occlusions inspiratoires brèves. Ils pourraient constituer un outil d'étude des voies afférentes et des systèmes d'intégrations cérébraux impliqués dans le contrôle supra-pontique de la ventilation et dans certaines sensations respiratoires. Les travaux présentés dans cette thèse visent à caractériser les déterminants des PER et à étudier leurs éventuelles modifications au cours du syndrome d'apnées obstructives du sommeil sévère. La première étude montre que la fatigue diaphragmatique ne modifie pas les caractéristiques des PER. La deuxième étude suggère un rôle déterminant des afférences provenant des voies aériennes supérieures dans la constitution des PER. La troisième étude montre que l'anesthésie locale des voies aériennes supérieures n'affecte pas les PER. La quatrième étude révèle que la transmission au cortex cérébral d'informations relatives à l'occlusion inspiratoire des voies aériennes supérieures, est normale au cours du syndrome d'apnées obstructives du sommeil, à l'éveil. Elle met cependant en évidence l'existence d'anomalies du traitement cortical d'informations de source respiratoire. Le rôle de ces anomalies dans une éventuelle prolongation des troubles respiratoires nocturnes, reste à déterminer. Au terme de ce travail, et aux vues des différentes données de la littérature, il apparaît que les déterminants des PER sont probablement multiples et complexes. La place de cette technique en tant qu'outil d'investigation des sensations respiratoire reste à préciser.

Audiovisual interactions taking place during the perception of audiovisual events were explored in two mainly auditory phenomena: speech perception and representation in auditory sensory memory (ASM), by means of behavioural and electrophysiological measures.Concerning speech perception, we have shown that seeing lip mouvements can speed up auditory speech processing in a phonological discrimination task in normal hearing conditions. This behavioral facilitation was associated with both an activation of the (mainly secondary) auditory cortices by lip movements, as shown in intracranial ERPs in epileptic patients, and a decrease of auditory activity within 50-200 ms after sound onset, as shown both in intracranial ERPs in patients and surface ERPs in normal subjects. We have also shown that a behavioural facilitation can be observed even if the visual speech cues carry temporal, but no phonetic, information, but only in noisy environments.Concerning ASM, we have shown that the detection of a rare audiovisual event delivered in a sequence of standard events is faster than that of either visual or auditory events. This facilitation was associated with interactions of the auditory and visual detection processes, based on the existence of auditory and visual sensory memory traces, as indexed by auditory and visual MMNs of the scalp ERPs. We also showed that the representation of an audiovisual event in ASM, as indexed by the auditory MMN, differs from that of its purely auditory component, but only if the unimodal components of this event are regularly associated. However, we failed to show that a representation of such a regularity can trigger an MMN to its violation., Nous avons étudié, par des mesures comportementales et électrophysiologiques (PE), les interactions audiovisuelles (AV) mises en jeu dans deux types de processus essentiellement auditifs : la perception de la parole, et les représentations en mémoire sensorielle auditive (MSA).Concernant la parole, nous avons montré que la vision des mouvements labiaux accélère la discrimination phonologique de syllabes. Cette facilitation comportementale était associée à la fois à une activation des cortex auditifs (surtout secondaires) par les mouvements de lèvres, visible sur les PE intracérébraux chez le patient épileptique, et à une diminution de l'activité auditive entre 50 et 200 ms après le début du son, visible à la fois en intracérébral chez le patient et en PE de surface chez le sujet normal. Une autre étude comportementale a montré qu'une facilitation peut aussi être observée si les mouvements labiaux ne fournissent que des informations temporelles et non phonétiques, mais seulement dans le bruit.Concernant la MSA, on a montré que la détection d'un évènement AV rare dans une suite d'évènements standards est plus rapide que la détection d'un évènement auditif ou visuel. Cette facilitation serait liée à des interactions entre les traces mnésiques auditives et visuelles indexées par les MMN auditives et visuelles des PE. Nous avons aussi montré, par l'analyse de la MMN auditive, que la représentation d'un évènement AV en MSA diffère de celle de sa composante auditive seule, mais seulement si ses composantes unimodales sont régulièrement associées. En revanche, nous avons échoué à montrer que la représentation d'une telle régularité peut générer une MMN lorsqu'elle est violée.

L'être humain est pourvu des multiples canaux sensoriels par lesquels il appréhende le monde. Un critère fondamental à notre adaptation est notre capacité à établir des relations entre les différentes informations que nos sens perçoivent. Cette capacité est notamment cruciale dans nos interactions sociales puisque nous devons constamment intégrer en une représentation unifiée les informations visuelles (telles que les visages), auditives (telles que les voix) et verbales (telles que le discours ou le nom) afin de pouvoir identifier nos interlocuteurs. Sachant que le traitement des principales informations qui nous permettent d'identifier les personnes (visages, voix et nom de famille) est sous-tendu par l'activation de régions cérébrales spécifiques et distinctes les unes des autres, la question qui se pose est de savoir comment le cerveau opère pour créer une représentation unifiée des personnes que nous connaissons. Dans la première partie de cette thèse, nous passerons en revue différentes études qui ont tenté de cerner les régions cérébrales impliquées dans le traitement (perception et reconnaissance) de chaque type d'information. Le premier chapitre sera consacré aux corrélats cérébraux du traitement des visages, le second à ceux impliqués dans le traitement des noms propres, le troisième à ceux impliqués dans le traitement des voix. Ces processus seront chaque fois abordés sous l'angle de la neuropsychologie cognitive, de l'imagerie cérébrale fonctionnelle et de l'électrophysiologie. Un quatrième chapitre théorique sera consacré à l'étude des processus associatifs entre ces trois types d'informations, et nous verrons que rares sont les études qui ont directement examiné les activités cérébrales spécifiques à la récupération d'associations entre informations relatives à l'identité des personnes. L'approche expérimentale sera abordée dans la seconde partie de cette thèse. Les quatre études décrites dans cette partie se basent sur les résultats de l'étude de Campanella et al. (2001) qui, par PET-scan, ont examiné les régions cérébrales activées par la récupération d'associations entre visages et noms propres. Utilisant la méthode soustractive, consistant en la soustraction de deux conditions unimodales d'une condition bimodale, ces auteurs ont montré une activation d'un réseau d'aires cérébrales latéralisé dans l'hémisphère gauche et incluant notamment le lobule pariétal inférieur, interprété comme étant une région de convergence multimodale où s'opère l'intégration des différentes informations perçues par les sujets. La méthode soustractive sera utilisée dans toutes les expériences décrites dans cette section. La première étude de cette thèse, utilisant la même méthodologie appliquée à la méthode électrophysiologique des potentiels évoqués, aura pour but d'examiner le décours temporel des activités observées par Campanella et al. (2001). La seconde étude en potentiels évoqués aura pour but d'examiner si les activités observées dans les deux études pré-citées sont spécifiques aux processus associatifs entre visages et noms propres, ou s'ils reflètent des processus plus généraux permettant de lier tout objet visuel à son nom. Les études 3 et 4 viseront quant à elles à définir si le lobule pariétal inférieur gauche est impliqué dans l'intégration de stimulations exclusivement visuelles, ou si il est impliqué dans le " binding " de tout type d'information relative aux personnes, quelle que soit les modalités de présentation. Dans ce cadre, l'étude 3 examinera les corrélats cérébraux impliqués dans la récupération d'associations entre visages et voix. L'étude 4 examinera cette question au moyen de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. La dernière partie de cette thèse sera consacrée à l'interprétation de l'ensemble des résultats des 4 expériences décrites précédemment. L'accent y sera mis sur la latence d'apparition des ondes spécifiques aux conditions associatives, apparaissant en même temps que les activités propres au traitement de chaque type d'information, ainsi que sur le rôle du gyrus pariétal inférieur gauche dans l'intégration des représentations des différents attributs par lesquels nous identifions les personnes. (PSY 3)--UCL, 2006

Les propriétés du système visuel permettent la détection efficiente d'un élément se distinguant d'une seule primitive visuelle des éléments environnants (couleur, contraste, etc.). La recherche est inefficiente dans toute autre situation. Nos travaux, par l'utilisation de techniques diversifiées d'analyse du signal électrophysiologique enregistré simultanément à la réalisation de plusieurs tâches de recherche visuelle, permettent de rejeter l'hypothèse de processus sélectifs en tant que mécanisme unitaire. En effet, pour des patterns de temps de réaction inefficients comparables, deux modes opératoires précoces de la dynamique cérébrale sont dissociés dès 120 post-stimuli. De plus, et ce même pour une recherche efficiente, des influences de la latéralité des cibles et des réponses motrices sont mesurées dès 250 ms post-stimuli. Nos résultats illustrent l'apport considérable qu'offrent les travaux neuroscientifiques à la compréhension des modes opératoires de l'attention visuelle sélective et à la clarification des hypothèses formulées par les modèles psychologiques depuis plusieurs décennies.

Contexte L’altération des fonctions émotionnelles ainsi que de la mémoire des personnes atteintes de schizophrénie est connue depuis plus d’un siècle. Toutefois, les structures cérébrales touchées ainsi que les stades de traitement affectés restent encore mal compris.Objectif Approfondir de quelles façons la valence et l’activation émotionnelle affectent la mémoire épisodique et l’activité cérébrale associée chez des patientes atteintes de schizophrénie.Hypothèse L’activité des régions frontales associées à certains types de stimuli émotifs sera généralement affectée dans la population clinique, et ce, en réponse aux stimuli à fortes activations émotionnelles.Participantes Seize patientes atteintes de schizophrénie dans une phase stable de leur maladie furent appariées à 17 participantes contrôles sur la base de l’âge, de la dominance manuelle et du statut socio-économique.Instrument et mesures L’EEG a été enregistré à partir de 60 électrodes fixées dans un casque en lycra élastique. Ces signaux ont été moyennés pour obtenir les composantes N200, P300, ainsi que la LPC afin de cibler les processus mnésiques et émotionnels.Résultats Pour la N200 et la P300 frontale, la magnitude de l’effet de mémoire observé chez les patientes schizophrènes est augmentée significativement dans l’hémisphère frontal droit en réponse aux stimuli à valences déplaisantes, alors que l’augmentation de cet effet s’effectue dans les deux hémisphères chez les participantes contrôles.Conclusion Une altération électrocorticale précoce reflétant la familiarité et la mémoire aux stimuli déplaisants est présente chez les patientes, alors que les processus tardifs de récollection consciente (LPC pariétale) ne seraient pas atteints., Context Abnormal emotion processing is frequent in schizophrenia and affects social and functional outcome. Past event-related potential (ERP) research investigating processing of affective stimuli in schizophrenia was done mainly with facial expressions and revealed impaired facial emotion recognition in patients relative to control subjects. Experimentations involving fMRI with this group of patients, showed alteration of limbic and frontal regions in response to emotional unpleasant images, compared to neutral stimuli during a memory task. Other studies have also noted an increase in brain activity when the activation of the stimuli was high compared to low arousal stimuli. This may indicate a different sensitivity threshold to emotional arousal and emotional valence involving frontal pathways in these patients. But very few studies attempted to separate the contributions of emotional valence and arousal within an episodic memory protocol with ERP, in that population.Goal The aim of the current research is to investigate brain electro-cortical activity in schizophrenia in response to emotional images during an episodic memory task.Method ERP components were analyzed in 16 schizophrenic and 17 control participants matched for age, sex and intelligence. ERPs were obtained from 56 EEG electrodes. The tasks consisted in a classical episodic memory task that presented 100 repeated old and 100 new photographic images divided into four categories (unpleasant-high arousal, unpleasant-low arousal, pleasant-high arousal and pleasant-low arousal) selected from the International Affective Picture System. The N200, P300 and late positive component (LPC) mean amplitude, were analyzed using repeated-measure analyses of variance (MANOVA).Results Patients with schizophrenia and control subjects gave comparable subjective evaluations of arousal and valence. However, the frontal N200 and the P300 both showed an interaction of the group x memory x valence x hemisphere (F [1.32]=8.36; p