La maladie d'Alzheimer (MA) est caractérisée par un déclin progressif des fonctions cognitives avec une détérioration de la mémoire, une atrophie cérébrale et deux lésions histologiques caractéristiques retrouvées lors d'examens post-mortem : les plaques extracellulaires de peptide β-amyloïde et les enchevêtrements intracellulaires de la protéine Tau anormalement phosphorylée. De nombreux modèles animaux de la MA ont été développés afin de comprendre et de tester différents traitements dirigés contre cette pathologie. Cependant, aucun modèle de rongeur non transgénique, développant à la fois les plaques amyloïdes et la pathologie neurofibrillaire, n'est disponible à ce jour. L'objectif de cette étude est de développer le premier modèle non transgénique, développant les deux lésions histologiques caractéristiques de la MA chez le rat. Le principe consiste à réaliser une injection concomitante et intrahippocampale d'un AAV (virus associé aux adénovirus) recombinant contenant le gène humain de la protéine Tau présentant la mutation P301L, et du peptide Aβ1-42 qui est le principal composant des plaques amyloïdes. Après plusieurs expériences, nous avons obtenu un modèle animal représentatif des stades précoces de la MA, c'est-à-dire avec des lésions focalisées dans l'une des premières structures du cerveau affectée par la MA : l'hippocampe. La présence des deux lésions histopathologiques caractéristiques de la maladie, accompagnée d'une astrocytose, a été observée par immunohistofluorescence. Une détérioration de la mémoire concernant plus particulièrement la mémoire de travail, ainsi que des anormalités de l'activité électrique cérébrale et notamment durant les phases de sommeil paradoxal, enregistrées par électroencéphalographie, ont également été mises en évidence. / Alzheimer's disease (AD) is characterized by a progressive decline in cognitive function with a memory impairment, a brain atrophy, and two histological hallmarks observed from post-mortem examination: extracellular β-amyloid plaques and intracellular tangles of the Tau protein abnormally phosphorylated. Numerous animal models of AD have been developed to understand and to test drugs against this pathology. However, any non-transgenic model of rodent developing amyloid plaques and the neurofibrilary pathology is currently available. The aim of this study is to develop the first non-transgenic model producing the two histopathological features of AD in the rat. The principle is to perform a concomitant intrahippocampal injection of a recombinant AAV (Adeno-Associated Virus) containing the human transgene tau with the P301L mutation, and of Aβ1-42 peptide, the main component of the amyloid plaques. After several experiments, we have obtained an animal model representative of the early steps of AD, i.e. with lesions focalized in one of the first affected brain structures in the AD: the hippocampus. The presence of the two histopathological hallmarks has been observed by immunohistofluorescence and associated with an astrogliosis. A memory impairment concerning more particulary the working memory, and abnormalities of the electrical activity of the brain and of the rapid eye movement sleep recorded by electroencephalography, are also characterized.

Cette thèse porte sur le codage prédictif comme principe général pour la perception et vise à en étayer les mécanismes computationnels et neurophysiologiques dans la modalité auditive. Ce codage repose sur des erreurs de prédictions se propageant dans une hiérarchie, et qui pourraient se refléter dans des réponses cérébrales au changement (ou déviance) telles que la Négativité de discordance (mismatch negativity, MMN). Nous avons manipulé la prédictibilité de sons déviants et utilisé des approches de modélisation computationnelle et dynamique causale (DCM) appliquées à des enregistrements électrophysiologiques (EEG, MEG) simultanés.Une modulation des réponses à la déviance par la prédictibilité a été observée, permettant d'établir un lien avec les erreurs de prédictions. Cet effet implique un apprentissage implicite des régularités acoustiques, dont l'influence sur le traitement auditif a pu être caractérisée par notre approche de modélisation. Sur le plan computationnel, un apprentissage a été mis en évidence au cours de ce traitement auditif, reposant sur une fenêtre d'intégration temporelle dont la taille varie avec la prédictibilité des déviants. Cet effet pourrait également moduler la connectivité synaptique sous-tendant le traitement auditif, comme le suggère l'analyse DCM.Nos résultats mettent en évidence la mise en œuvre d'un apprentissage perceptif au sein d'une hiérarchie auditive soumis à une modulation par la prédictibilité du contexte acoustique, conformément aux prédictions du codage prédictif. Ils soulignent également l'intérêt de ce cadre théorique pour émettre et tester expérimentalement des hypothèses mécanistiques précises / This thesis aims at testing the predictive coding account of auditory perception. This framework rests on precision-weighted prediction errors elicited by unexpected sounds that propagate along a hierarchical organization in order to maintain the brain adapted to a varying acoustic environment. Using the mismatch negativity (MMN), a brain response to unexpected stimuli (deviants) that could reflect such errors, we could address the computational and neurophysiological underpinnings of predictive coding. Precisely, we manipulated the predictability of deviants and applied computational learning models and dynamic causal models (DCM) to electrophysiological responses (EEG, MEG) measured simultaneously. Deviant predictability was found to modulate deviance responses, a result supporting their interpretation as prediction errors. Such effect might involve the (high-level) implicit learning of sound sequence regularities that would in turn influence auditory processing in lower hierarchical levels. Computational modeling revealed the perceptual learning of sounds, resting on temporal integration exhibiting differences induced by our predictability manipulation. In addition, DCM analysis indicated predictability changes in the synaptic connectivity established by deviance processing. These results conform predictive coding predictions regarding both deviance processing and its modulation by deviant predictability and strongly support perceptual learning of auditory regularities achieved within an auditory hierarchy. Our findings also highlight the power of this mechanistic framework to elaborate and test new hypothesis enabling to improve our understanding of auditory processing

Le pouce opposable de la main joue un rôle essentiel dans le comportement humain, permettant une prise bien plus précise que celle des singes avec les pouces opposables. Comment le cerveau contrôle t-il les mains aussi précisément? Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié comment différentes régions du cerveau dédiées au contrôle moteur, en particulier le cortex moteur (M1) et l’aire motrice supplémentaire (AMS), contribuent à une pince pouce-index précise. Les résultats de nos études révèlent que des neurones dans l’AMS, en complément de ceux dans M1, communiquent directement avec les motoneurones de la moelle épinière contrôlant les muscles de la main. De plus, SMA communique aussi efficacement que M1 avec les muscles de la main, alors que chez le singe, celle avec M1 est plus efficace. Cette différence fonctionnelle dans la voie AMS-muscles entre le singe et l’Homme pourrait expliquer la plus grande capacité de ce dernier à contrôler finement la force produite par les doigts. / The human hand's opposable thumb plays a large role in human behavior, allowing for a grip far more precise than that of monkeys with opposable thumbs. However, it isn't well understood how the brain controls the hands in such a precise way. In these studies, we investigate how different parts of the brain dedicated to motor tasks, in particular the motor cortex (M1) and the supplementary motor area (SMA), contribute to a precise thumb-index finger grip. Our experiments suggest that some neurons in the SMA, in addition to those well-described in M1, may connect directly to the motoneurons in the spinal cord controlling the hand muscles. Moreover, we found that SMA communicates with the hand muscles as efficiently as M1, while in monkeys, SMA communicates less efficiently than M1. This functional difference in the SMA-muscles pathway between monkey and human may account for the higher capacity of the latter to precisely control the force produced by digits.

Le sommeil est un état de conscience faisant preuve d’un vaste potentiel au niveau clinique. Par exemple, le sommeil est devenu un outil dans le diagnostic précoce de certains processus dégénératifs au sein du cerveau, ainsi que dans le traitement de différents troubles physiologique et psychologiques. Son potentiel pourrait même être augmenté via la stimulation cérébrale. Bien que le cerveau soit un centre de communication majeur, la recherche en sommeil s’est principalement centrée sur des mesures statiques du sommeil. L’étude des patrons de communication entre les différentes régions du cerveau nous permet pourtant d’inférer sur leur utilité fonctionnelle chez l’humain. Et si ces patrons de communication permettaient une compréhension plus intégrée des changements du sommeil à travers la vie et de leurs conséquences au cours du vieillissement? Cette thèse permet d’étudier, sous un angle dynamique et novateur, l’interaction de l’activité neuronale et la modulation expérimentale du sommeil au cours du vieillissement normal. À l’aide de l’électroencéphalographie, la connectivité fonctionnelle cérébrale est évaluée à l’échelle des stades et des cycles de sommeil, de l’onde lente elle-même, ainsi que sous une perspective expérimentale grâce à la stimulation transcrânienne par courant alternatif. Les résultats des deux premières études démontrent les changements au niveau de la connectivité cérébrale en sommeil au cours du vieillissement, tandis que la troisième étude démontre la possibilité de moduler cette connectivité, ainsi que les oscillations cérébrales, chez la population âgée. À l’échelle des stades de sommeil, le cerveau des personnes âgées est plus connecté lors du sommeil lent profond et moins connecté lors du sommeil lent léger, comparativement aux jeunes adultes. Ces différences d’âge sont d’ailleurs plus importantes en début de nuit. Nos résultats démontrent aussi une diminution de connectivité associée à la phase de dépolarisation de l’onde lente chez la population âgée, comparativement aux jeunes adultes. Chez ces derniers, une augmentation marquée de la connectivité pendant l’onde lente est observée. La connectivité au cours de l’onde lente est aussi affectée par la présence d’un fuseau de sommeil en simultané, suggérant soit le mixte de leurs réseaux ou la mise en place de ceux du fuseau. Nous démontrons également, grâce à l’utilisation de métriques novatrices, la présence de deux types d’ondes lentes avec une dynamique de connectivité qui leur est propre, suggérant qu’elles soient impliquées dans des processus fonctionnels distincts. Pendant une sieste, l’utilisation de la stimulation transcrânienne par courant alternatif a aussi permis de moduler les fuseaux de sommeil, leur couplage avec l’onde lente ainsi que la connectivité fonctionnelle des individus âgés. Ces résultats, bien que modestes, démontrent l’aspect prometteur de la modulation non-pharmacologique du sommeil. Non seulement cette thèse fournit une vision intégrée des changements de connectivité fonctionnelle au cours du vieillissement, mais elle démontre qu’il est possible de moduler le sommeil des personnes âgées à des fins ultimement thérapeutiques. Le manque de flexibilité des différents réseaux des personnes âgées pourrait être à la base, entre autres, des changements au niveau de la consolidation de la mémoire. Les implications de nos résultats pourraient être pertinentes à l’étude des processus de plasticité ayant lieu au cours du sommeil. / Sleep is a state of consciousness which shows a great potential in the clinical field. For instance, sleep has become a tool in the early diagnosis of certain neurodegenerative processes, as well as in the treatment of various physiological and psychological disorders. Its potential could even be increased via brain stimulation. Although the brain is a major communication center, sleep research has mainly focused on static measures of sleep. The study of the patterns of communication between the different regions of the brain nevertheless allows us to infer on their functional utility in humans. What if these patterns of communication allowed a more integrated understanding of sleep changes throughout life and their consequences during aging? This thesis investigates, from an innovative and dynamic angle, the interaction of neuronal activity and experimental modulation of sleep in normal aging. Using electroencephalography, functional connectivity is assessed at the scale of sleep stages and cycles, at the scale of the slow wave itself, and from an experimental perspective using the transcranial alternating current stimulation. The results in our first two studies demonstrate changes in EEG functional connectivity during sleep in aging while our third study showed the possibility of experimentally modulating functional connectivity as well as brain oscillations in the same population. At the sleep stage scale, the brain of older individuals is more connected during slow wave sleep and less connected during lighter sleep, compared to young adults. These age differences are predominant at the beginning of the night. Our results also demonstrate a decrease in functional connectivity associated with the slow wave depolarization phase in older individuals. In the young ones, brain connectivity associated to a slow wave is markedly increased. Functional connectivity during slow wave depolarization is also affected by the simultaneous presence of sleep spindles, suggesting either the admixture of their networks or the establishment of those underlying spindle occurrence. We also demonstrate, through the use of novel metrics, the presence of two types of slow waves, each endowed with specific connectivity dynamics. This suggests the presence of distinct functional implications. These slow waves types could also be inherently modulated by distinct physiological processes. During a nap, the use of transcranial alternating current stimulation has made it possible to experimentally modulate sleep spindles, their coupling with the slow waves, and functional connectivity in older individuals. These results, although modest, demonstrate the promising aspect of non-pharmacological sleep modulation. This thesis provides an integrated view of functional connectivity changes in aging and also demonstrates the feasibility of experimental sleep modulation in older individuals. The lack of network flexibility that we described in the older population in term of connectivity could underlie changes in sleep-dependent memory consolidation processes. The implications of our results is relevant to the study of sleep-dependent plasticity processes.

L'encéphalopathie hypoxique ischémique néonatale (EHI) reste la cause principale de mortalité chez le nouveau-né à terme. Un tiers des survivants vont développer des séquelles neurologiques, dont la paralysie cérébrale (PC), l'épilepsie et un retard intellectuel. Afin d'améliorer leur pronostic, ces nouveau-nés sont soumis à l'hypothermie thérapeutique (HT) qui débute au plus tard 6 heures après la naissance, pour une durée totale de 72 heures, suivie d'un réchauffement graduel (0.5°C/h). Il a été démontré que cette thérapie à effet neuroprotecteur diminue considérablement l'étendue des lésions cérébrales et la fréquence des séquelles neurologiques. Or, des études animales suggèrent que l'hypothermie sans sédation avec opioïdes n'est pas bénéfique. Selon les observations qui ont été réalisées, les porcelets traités avec la thérapie, mais sans l’administration d’analgésique ont manifesté des signes d’instabilités et de tremblements exagérés. On ignorait jusqu’à présent dans quelle mesure ces résultats tirés des expérimentations animales pouvaient être généralisables au nouveau-né. Ainsi, mon projet de maîtrise vise à mieux comprendre les facteurs qui risquent de compromettre les effets bénéfiques de la thérapie de refroidissement, dans le but d’optimiser la neuroprotection et d’améliorer le développement des nourrissons atteints d’EHI. Nous avons comme objectif principal d’évaluer l’association entre les doses d’opioïdes consommées pendant l’HT, le degrée de tremblement, et l’évolution de l’index de discontinuité à l’EEG au fil des 72h de l’HT, du réchauffement et jusqu’à 12 heures post-HT. Pour répondre à l’objectif, nous avons conduit une étude chez 21 nouveau-nés avec EHI soumis à l’HT, et dont les principaux résultats ont montré des associations significatives entre les fortes doses d’opioïdes administrés à l’enfant (r = - 0.493, p = 0.023), les frissons réduits pendant l’HT (r = 0.513, p = 0.017) et l’amélioration du rythme cérébrale d’EEG. Ces résultats sont décrits de manière plus approfondie dans le Chapitre 2 qui présente la version de l’article soumis à la revue Journal of Pediatrics, et le Chapitre 3 qui présente un retour sur la littérature à la lumière de nos trouvailles. Quant au Chapitre 4, nous y élaborons les possibilités de perspectives futures et les retombées cliniques de nos résultats. À long terme, nous espérons que nos travaux permettront l’ouverture d’une nouvelle piste d’amélioration de la neuroprotection, en favorisant systématiquement une meilleure prise en charge de la douleur et du stress induit par le refroidissement. / Neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy (HIE) remains the leading cause of death and mortality in the term infant. A third of the survivors will develop neurological sequelae including cerebral palsy (CP), epilepsy and mental retardation. In order to improve their prognosis, these newborns undergo therapeutic hypothermia (TH), which begins no later than 6 hours after birth, maintained for a total duration of 72 hours and followed by gradual rewarming (0.5°C/h). This neuroprotective therapy has been shown to significantly decrease the extent of brain injury and the frequency of neurological sequelae. Results from animal studies revealed that ongoing hypothermia without proper anesthesia is not beneficial. Based on the observations that have been reported, piglets treated with TH with no analgesics have shown signs of instability and excessive tremors. Until now, the extent to which these results from animal experiments could be generalized to the newborn remained unknown. Thus, the purpose of my master’s project was to better understand the clinical factors that may compromise the beneficial effects of TH, in an attempt to optimize neuroprotection and improve the neurological outcome of HIE infants. Our main objective was to assess the associations between opioid doses consumed during TH, shivering recorded during TH, and the evolution of EEG discontinuity index over the course of TH, rewarming and up to 12 hours post-TH. To meet the objective, we conducted a study in 21 newborns with HIE undergoing TH, and the results have shown significant associations between high doses of opioid administered (r = - 0.493, p = 0.023), reduced shivering stress (r = 0.513, p = 0.017) and improved EEG background activity. The key findings of the study are described in more detail in Chapter 2, which presents the original manuscript submitted for publication to the “Journal of Pediatrics”, and Chapter 3, which presents a review of the literature in light of our results. In Chapter 4, we discuss future perspectives and the clinical significance of our results. At last, we hope that our study will open up new avenues for improving neuroprotection, by systematically promoting a better management of pain and cooling-induced stress.

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La stimulation magnétique transcrânienne répétée (SMTr) est une technique de neuromodulation utilisée dans le traitement de la dépression majeure. La stimulation thêta-burst intermittente (STBi), une forme spécifique de SMTr, bénéficie d’un temps de stimulation plus court. Ses mécanismes d’action et sa durée optimale de stimulation restent toutefois inconnus. En effet, en clinique, la durée standard de STBi tend à être allongée dans l’espoir d’augmenter les effets thérapeutiques. Cette hypothèse n’a cependant jamais été vérifiée empiriquement. Le présent mémoire vise ainsi à mieux comprendre les mécanismes neuronaux de la STBi du cortex dorsolatéral préfrontal gauche et à déterminer la durée optimale de stimulation parmi les trois durées les plus fréquemment utilisées : 600 (standard), 1200 et 1800 impulsions. La question est explorée chez 14 participants neurotypiques. Chaque participant a pris part aux trois conditions expérimentales lors de trois sessions distinctes. L’activité cérébrale induite a été mesurée par l’utilisation combinée de la stimulation magnétique transcrânienne et l’électroencéphalographie, via les potentiels évoqués par la SMT (PÉS) et les perturbations spectrales liées à l’évènement (PSLE). Ces mesures ont été comparées avant et après chaque condition à l’aide d’un modèle linéaire mixte. Pour l’ensemble des mesures de l’activité corticale, aucune différence significative n’a été obtenue entre les trois durées. Spécifiquement, la STBi a induit une réduction de l’amplitude de la majorité des PÉS et des PSLE de la bande thêta. Ainsi, le protocole STBi standard engendre une modification de l’activité cérébrale comparable aux durées prolongées, dénotant l’importance de répliquer cette étude auprès d’une population clinique. / Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is a neuromodulation technique used as a treatment of major depressive disorder. Intermittent theta burst stimulation (iTBS), a specific kind of rTMS, offers a reduced stimulation duration. Yet, its mechanism of action and optimal duration are still largely unknown. In clinical settings, standard duration is often increased with the expectation of increasing therapeutic effects. However, this hypothesis has never been tested. This master thesis aims to provide better understanding of neuronal mechanism associated with iTBS on the left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) of healthy participants and to determine the optimal stimulation duration over the three more commonly used durations in clinical practice: 600 (standard), 1,200 and 1,800 pulses. This was explored in 14 neurotypical participants who experienced each of the three conditions during three different sessions. The induced brain activity was measured combining transcranial magnetic stimulation and electroencephalography, via TMS evoked potentials (TEP) and event-related spectral perturbation (ERSP). These measures were compared before and after each condition using a mixed linear model. For the three durations, no significant difference was found in all cortical activity measures. Specifically, after iTBS, the amplitude of most of the TEPs, as well as of the ERSP of theta band, are reduced. Therefore, the iTBS standard protocol induces a modification of cortical activity which is similar to longer durations, showing the importance of replicating this study on a clinical population.

L'objectif de la présente thèse de doctorat était d'étudier la relation entre le bilinguisme et le contrôle exécutif général. Les recherches sur le bilinguisme en psycholinguistique ont montré que la co-activation permanente des langues ainsi que la nécessité de s'adapter à l'environnement linguistique peuvent produire un renforcement des capacités de contrôle chez les bilingues. Toutefois, la nature des processus de contrôle impliqués reste controversée. Trois études ont examiné cette question au niveau neuronal chez des bilingues tardifs français-allemand. Différentes tâches expérimentales mettant en jeu un conflit cognitif ont été utilisées, les unes impliquant une composante linguistique (Stroop et amorçage négatif), et une autre impliquant une composante motrice (antisaccades). Les principaux résultats sont les suivants : (1) Renforcement des processus de gestion de conflits et d'inhibition chez les bilingues, (2) Interaction entre le cortex cingulaire antérieur et le cortex préfrontal dans le contrôle cognitif plus efficace chez les bilingues que chez les monolingues et (3) Modulation du contrôle exécutif par divers facteurs linguistiques individuels inhérents au bilinguisme. Prises dans leur ensemble, ces observations corroborent l'hypothèse d'une implication de processus de contrôle général dans le bilinguisme et révèlent des capacités d'adaptation neuroplastique en fonction des contraintes linguistiques. / The present doctoral thesis aimed to study the relation between bilingualism and domain-general executive control. Psycholinguistic research on bilingualism has shown that the sustained co-activation of languages and the need to adapt to the linguistic environment lead to a reinforcement of control abilities in bilinguals. However, the nature of domain-general executive control involvement in multiple language use is a matter of debate. Three studies were conducted in order to investigate this issue at the neuronal level in French-German late bilinguals. Different experimental tasks involving a cognitive conflict were used, certain of them involving a linguistic component (Stroop and negative priming) and the other one involving a motoric component (antisaccade). The main findings collected in the present doctoral thesis showed (1) the behavioral and neurophysiological evidence of enhanced conflict monitoring and inhibition in bilinguals, (2) the more efficient dynamic interplay between the anterior cingulate cortex and the prefrontal cortex in executive control in bilinguals in comparison with monolinguals, and (3) a modulation of executive control by the individual linguistic factors inherent to bilingualism. Taken together, the present findings support psycholinguistic theories postulating domain-general control involvement in bilingualism and reveal the capacity of neuroplastic adaptation as a function of linguistic constraints.

Les douleurs vertébrales sont fréquentes et incapacitantes. La manipulation vertébrale peut soulager certaines de ces douleurs. Cependant, les mécanismes neurophysiologiques sous-jacents à ces effets hypoalgésiques restent à élucider. La littérature scientifique actuelle suggère que la manipulation inhibe des processus nociceptifs relatifs aux fibres C (sommation temporelle), alors que les processus nociceptifs liés aux fibres Aδ demeurent inchangés. Toutefois, cela n’a jamais été démontré à l’aide de mesures neurophysiologiques. L’objectif de ce mémoire était donc de clarifier comment la douleur et l’activité des fibres nociceptives sont modulées par une manipulation vertébrale. Pour ce faire, un laser infrarouge a été utilisé afin d’activer les fibres nociceptives et d’induire une douleur au dos chez des participants sains. Ceux-ci étaient aléatoirement distribués en quatre groupes : manipulation vertébrale appliquée sur la zone douloureuse, manipulation vertébrale appliquée distalement à la zone douloureuse, intervention placébo appliquée sur la zone douloureuse et aucune intervention. L’activité cérébrale liée à l’activation des fibres nociceptives et les évaluations de douleur des participants ont été mesurées puis comparées dans le temps entre les groupes. Les résultats démontrent qu’une manipulation vertébrale appliquée au site douloureux diminue significativement la douleur au dos induite par le laser. De plus, cette hypoalgésie est indépendante de processus nociceptifs relatifs aux fibres Aδ. Il est possible que la diminution de douleur observée soit due à une inhibition de l’activité des fibres nociceptives C, toutefois cela n’a pas pu être confirmé dans ce mémoire. Ces connaissances pourraient éventuellement servir à mieux guider l’utilisation du traitement. / Spine pain is a common and debilitating condition. The management of back pain by spinal manipulative therapy is recommended by several clinical practice guidelines. However, the neurophysiological mechanisms underlying the hypoalgesic effects of spinal manipulation are still unclear. The current literature suggests that spinal manipulation inhibits nociceptive processes related to C-fiber activation (temporal summation) while nociceptive processing related to Aδ- fiber activation is unaffected. Yet, this has never been examined with neurophysiological measurements. Therefore, the aim of this thesis was to determine how nociceptive fiber activity is modulated by spinal manipulation. In healthy participants, an infrared laser was used to activate nociceptive fibers and induce back pain. Participants were randomized into four groups: spinal manipulation applied to the painful area, spinal manipulation applied remotely to the painful area, placebo intervention applied to the painful area, and no intervention. Brain activity related to the activation of nociceptive fibers as well as pain ratings were compared over time between groups. The results indicate that spinal manipulation applied to the painful area significantly reduced laser-evoked back pain. This hypoalgesia occurred independently of nociceptive processes related to Aδ fibers, as indicated by the lack of significant change in laser evoked- potential amplitude. It may be caused by the inhibition of the C fiber activity, but this remains to be clarified in future studies. These results could provide scientific bases for the management of back pain with spinal manipulative therapy.

La capacité à reconnaître les visages de nos collègues, de nos amis et de nos proches est essentielle à notre réussite en tant qu'êtres sociaux. Notre cerveau accomplit cet exploit facilement et rapidement, dans une série d’opérations se déroulant en quelques dizaines de millisecondes à travers un vaste réseau cérébral du système visuel ventral. L’habileté à reconnaître les visages, par contre, varie considérablement d’une personne à l’autre. Certains individus, appelés «super-recognisers», sont capables de reconnaître des visages vus une seule fois dans la rue des années plus tôt. D’autres, appelés «prosopagnosiques», sont incapables de reconnaître le visage de leurs collègues ou leurs proches, même avec une vision parfaite. Une question simple reste encore largement sans réponse : quels mécanismes expliquent que certains individus sont meilleurs à reconnaître des visages? Cette thèse rapporte cinq articles étudiant les mécanismes perceptifs (articles 1, 2, 3) et cérébraux (articles 4, 5) derrière ces variations à travers différentes populations d’individus. L’article 1 décrit le contenu des représentations visuelles faciales chez une population avec un diagnostic de schizophrénie et d’anxiété sociale à l’aide d’une technique psychophysique Bubbles. Nous révélons pour la première fois les mécanismes en reconnaissance des expressions de cette population: un déficit de reconnaissance est accompagné par i) une sous-utilisation de la région des yeux des visages expressifs et ii) une sous-utilisation des détails fins. L’article 2 valide ensuite une nouvelle technique permettant de révéler simultanément le contenu visuel dans trois dimensions psychophysiques centrales pour le système visuel — la position, les fréquences spatiales, et l’orientation. L’article 3 a mesuré, à l'aide de cette nouvelle technique, le contenu représentationnel de 120 individus pendant la discrimination faciale du sexe et des expressions ( >500,000 observations). Nous avons observé de fortes corrélations entre l’habileté à discriminer le sexe et les expressions des visages, ainsi qu'entre l’habileté à discriminer le sexe et l’identité. Crucialement, plus un individu est habile en reconnaissance faciale, plus il utilise un contenu représentationnel similaire entre les tâches. L’article 4 a examiné les computations cérébrales de super-recognisers en utilisant l’électroencéphalographie haute-densité (EEG) et l’apprentissage automatique. Ces outils ont permis de décoder, pour la première fois, l’habileté en reconnaissance faciale à partir du cerveau avec jusqu’à 80% d’exactitude –– et ce à partir d’une seule seconde d’activité cérébrale. Nous avons ensuite utilisé la Representational Similarity Analysis (RSA) pour comparer les représentations cérébrales de nos participants à celles de modèles d’apprentissage profond visuels et langagiers. Les super-recognisers, comparé aux individus avec une habileté typique, ont des représentations cérébrales plus similaires aux computations visuelles et sémantiques de ces modèles optimaux. L’article 5 rapporte une investigation des computations cérébrales chez le cas le plus spécifique et documenté de prosopagnosie acquise, la patiente PS. Les mêmes outils computationnels et d’imagerie que ceux de l’article 4 ont permis i) de décoder les déficits d’identification faciale de PS à partir de son activité cérébrale EEG, et ii) de montrer pour la première fois que la prosopagnosie est associée à un déficit des computations visuelles de haut niveau et des computations cérébrales sémantiques. / The ability to recognise the faces of our colleagues, friends, and family members is critical to our success as social beings. Our brains accomplish this feat with astonishing ease and speed, in a series of operations taking place in tens of milliseconds across a vast brain network of the visual system. The ability to recognise faces, however, varies considerably from one person to another. Some individuals, called "super-recognisers", are able to recognise faces seen only once years earlier. Others, called "prosopagnosics", are unable to recognise the faces of their colleagues or relatives, even with perfect vision and typical intelligence. A simple question remains largely unanswered: what mechanisms explain why some individuals are better at recognizing faces? This thesis reports five articles studying the perceptual (article 1, 2, 3) and neural (article 4, 5) mechanisms behind these variations across different populations of individuals. Article 1 describes the content of visual representations of faces in a population with a comorbid diagnosis of schizophrenia and social anxiety disorder using an established psychophysical technique, Bubbles. We reveal for the first time the perceptual mechanisms of expression recognition in this population: a recognition deficit is accompanied by i) an underutilization of the eye region of expressive faces and ii) an underutilization of fine details. Article 2 then validates a new psychophysical technique that simultaneously reveals the visual content in three dimensions central to the visual system — position, spatial frequencies, and orientation. We do not know, however, whether skilled individuals perform well across a variety of facial recognition tasks and, if so, how they accomplish this feat. Article 3 measured, using the technique validated in article 2, the perceptual representations of 120 individuals during facial discrimination of gender and expressions (total of >500,000 trials). We observed strong correlations between the ability to discriminate gender and facial expressions, as well as between the ability to discriminate gender and identify faces. More importantly, we found a positive correlation between individual ability and the similarity of perceptual representations used across these tasks. Article 4 examined differences in brain dynamics between super-recognizers and typical individuals using high-density electroencephalography (EEG) and machine learning. These tools allowed us to decode, for the first time, facial recognition ability from the brain with up to 80% accuracy — using a mere second of brain activity. We then used Representational Similarity Analysis (RSA) to compare our participants' brain representations to those of deep learning models of object and language classification. This showed that super-recognisers, compared to individuals with typical perceptual abilites, had brain representations more similar to the visual and semantic computations of these optimal models. Article 5 reports an investigation of brain computations in the most specific and documented case of acquired prosopagnosia, patient PS. The same computational tools used in article 4 enabled us to decode PS's facial identification deficits from her brain dynamics. Crucially, associations between brain deep learning models showed for the first time that prosopagnosia is associated with deficits in high-level visual and semantic brain computations.