Pas de résumé / In this thesis, we developed a new experimental paradigm for studying how recent sensory history (the context) affects a basic aspect of auditory perception, the comparison of successive frequency components. Stimuli were devised to include ambiguous transitions between frequency components, as it was hypothesized that such an ambiguity would make the task especially prone to reveal context effects. Six psychophysical experiments are reported. Using pairs of Shepard tones (Shepard, J. Acoust. Soc. Am., 1964), we first demonstrate a strong hysteresis effect when successive pairs are judged, whereby past trials affect current judgments. We then isolate the cause of this context effect, by contrasting perceptual reports for a same ambiguous test pair when preceded by different contexts. We show that frequency shifts are preferentially reported when they encompass a frequency regions that was stimulated during the context. This context effect is rapidly introduced, as a single tone as short as 20ms can produce a reliable bias. Yet it also has an enduring effect on perception, persisting over more than 30s. Using random chords pairs designed to include ambiguous frequency shifts, it then shown that the context effect is not specific to Shepard tones but rather reflects a generic process acting on the tonotopic representation of sounds. Finally, the context effect is modulated by both low-level (ear-of-entry) and high-level (selective attention) manipulations, suggesting an interplay between several processing stages for the underlying neural mechanism. Our findings show that one of the most ubiquitous and basic tasks of the auditory system, comparing successive frequency components, is not a fixed function of the physical stimulus. Rather, it is highly malleable and depends on the ongoing context.

Although there is extensive evidence that auditory spatial processing can adapt to changes in auditory spatial cues both in infancy and adulthood, the mechanisms underlying adaptation appear to differ across species. Whereas barn owls compensate for unilateral hearing loss throughout development by learning abnormal mappings between cue values and spatial position, adult mammals seem to adapt by ignoring the acoustical input available to the affected ear and learning to rely more on unaltered spatial cues. To investigate these differences further, ferrets were raised with a unilateral earplug and their ability to localize sounds was assessed. Although these animals did not fully compensate for the effects of an earplug, they performed considerably better than animals that experienced an earplug for the first time, indicating that adaptation had taken place. We subsequently found that juvenile-plugged (JP) ferrets learned to adjust both cue mappings and weights in response to changes in acoustical input, with the nature of these changes reflecting the expected reliability of different cues. Thus, the auditory system may be able to rapidly update the way in which individual cues are processed, as well as the way in which different cues are integrated, thereby enabling spatial cues to be processed in a context- specific way. In attempting to understand the mechanisms that guide plasticity of spatial hearing, previous studies have raised the possibility that changes in auditory spatial processing may be driven by mechanisms intrinsic to the auditory system. To address this possibility directly, we measured the sensitivity of human subjects to ITDs and ILDs following transient misalignment of these cues. We found that this induces a short-term recalibration that acts to compensate for the effects of cue misalignment. These changes occurred in the absence of error feedback, suggesting that mutual recalibration can occur between auditory spatial cues. The nature of these changes, however, was consistent with models of cue integration, suggesting that plasticity and integration may be inextricably linked. Throughout the course of this work, it became clear that future investigations would benefit from the application of closed-field techniques to the ferret. For this reason, we developed and validated methods that enable stimuli to be presented to ferrets over earphones, and used these methods to assess ITD and ILD sensitivity in ferrets using a variety of different stimuli. We found that the Duplex theory is able to account for binaural spatial sensitivity in these animals, and that sensitivity is comparable with that found in humans, thereby confirming the ferret as an excellent model for understanding binaural spatial hearing.

La chirurgie de l'implantation cochléaire a pour but d'insérer le porte-électrodes dans la cochlée en respectant au maximum les structures intracochléaires. Ce geste va permettre de stimuler directement les cellules ganglionnaires du nerf cochléaire pour rendre une audition utile chez les patients. La partie basale de la cochlée permet de définir un axe d'insertion du porte-électrodes. Dans notre première étude, nous avons observé que ces caractéristiques anatomiques particulières rendent difficile la représentation mentale de l'axe. Dans notre deuxième étude, nous avons observé que seul un système robotisé automatisé a permis de s'aligner avec précision avec cet axe d'insertion. Dans notre troisième travail, nous avons observé qu'une insertion dans l'axe optimal permettait de diminuer le traumatisme intracochléaire par rapport à un axe erroné, le nerf facial est une structure qui ne permet pas une insertion selon l'axe idéal et oblige une insertion selon un axe optimal. Dans notre quatrième travail, en utilisant une technique optimisée, nous avons montré une diminution du traumatisme par rapport à la technique conventionnelle d'insertion. Bien que la relation entre l'axe d'insertion et les résultats auditifs n'ait pas été formellement démontrée, nous avons constaté dans un travail réalisé en parallèle au laboratoire, chez l'animal, une relation entre traumatisme intracochléaire et les résultats auditifs. L'essentielle de ce travail permet de démontrer le rôle important de l'axe d'insertion au cours de l'implantation cochléaire et les avantages d'une approche robotisée lors de l'implantation cochléaire. / The goals of cochlear implant surgery are to insert the electrode array into the cochlea with minimal intracochlear trauma. The electrode array will then electrically stimulate the ganglion cells of the cochlear nerve and restore hearing in deaf patients. The electrode array insertion has a duration of a few seconds, but the quality of the insertion will influence over the auditory performance of the implant during lifetime. The cochlea is a snailed-shape structure, but an insertion axis can be defined in the basal turn of the cochlea. In a first study, we observed that these anatomical particularities led difficult the cochlear visualization, and to obtain an accurate mental representation of the insertion axis in surgical conditions. In a second work, we observed that only a robotized automated system allowed to precisely align an insertion tool with the insertion axis. In a third work, we used this robotised system to insert the array in a constant speed. Although an optimal insertion axis reduced the intracochlear trauma in relation to an inaccurate axis, the facial nerve is an essential structure that leads to an angle variation between the optimal axis and the scala tympani axis. The size of the angle is finally related to the intracochlear trauma during the electrode array insertion. Once observed the superiority of an optimized technique consisting by both an insertion of the electrode array in an optimal axis and in a constant speed, in the fourth part of this work, we observed that this technique was also less traumatic for the intracochlear structures than a manual insertion technique.

Dans le cas de perte auditive neurosensorielle, la biomécanique cochléaire se trouve modifiée et les phénomènes actifs liés aux cellules ciliées sont altérés. Si les conséquences sur la baisse de sensibilité, les capacités de sélectivité fréquentielle ou la compréhension de la parole dans le bruit sont bien connus, la perception de la hauteur tonale peut également être modifiée suite à une perte neurosensorielle. Cette thèse se propose d’étudier la perception de la hauteur à travers quatre approches chez des sujets présentant une surdité neurosensorielle. La première étude s’intéresse à la diplacousie et a montré que ce phénomène était bien plus fréquent que ce que l’on pouvait imaginer. Les résultats ont montré que la perception était en règle générale plus aiguë sur l’oreille la plus lésée. La seconde étude propose une mesure catégorielle de la tonie. Les résultats ont montré que pour une même fréquence, les malentendants percevaient un son comme plus aigu que les normo-entendants. La troisième étude traite de la correspondance d’octave et de l’écoute de la musique. Les résultats montrent que la perte auditive est corrélée avec la perception de l’octave. La quatrième étude s’intéresse à la perception catégorielle des fricatives non-voisées. Les résultats montrent que la frontière catégorielle est décalée vers les fréquences graves ce qui semble être le reflet d’une perception plus aigue de ces phonèmes. Ces résultats d’expériences de psychoacoustique vont dans le sens des études menées sur des animaux montrant une modification de la carte tonotopique cochléaire et des fréquences caractéristiques des neurones lors d’une atteinte neurosensorielle. Ces observations pourraient conduire à une meilleure prise en charge des malentendants et à l’élaboration de nouveaux algorithmes sur les futures aides auditives / In the case of sensorineural hearing loss, the cochlear mechanism is modified and the active phenomena linked to the hair cells are altered. If the effects on decreased sensitivity, frequency selectivity, or speech in noise intelligibility are well known, the perception of pitch can also be altered following a neurosensory hearing loss. This thesis proposes to study the perception of pitch with four approaches in subjects with neurosensory hearing loss. The first study focuses on diplacusis and has shown that this phenomenon is much more frequent than one could imagine. The results showed that perception was generally higher on the worse ear. The second study proposes a categorical measure of pitch. The results showed that for the same frequency, the hearing-impaired perceived a sound higher than the normal hearing listeners. The third study is about octave matching and listening to music. The results show that hearing loss correlates with the octave matching frequency. The fourth study focuses on the categorical perception of voiceless fricatives. The results show that the categorical boundary is shifted towards the low frequencies, which seems to reflect a higher perception of these phonemes. These results of psychoacoustic experiments are consistent with the studies carried out on animals showing a modification of the cochlear tonotopic map and the characteristic frequencies of the neurons in case of a neurosensory hearing loss. These observations could lead to better care for the hearing impaired and to the development of new algorithms on future hearing aids

La localisation des sources en azimuth repose sur le traitement des différences de temps d'arrivée des sons à chacune des oreilles: les différences interaurales de temps (``Interaural Time Differences'' (ITD)). Pour certaines espèces, il a été montré que cet indice dépendait du spectre du signal émis par la source. Pourtant, cette variation est souvent ignorée, les humains et les animaux étant supposés ne pas y être sensibles. Le but de cette thèse est d'étudier cette dépendance en utilisant des méthodes acoustiques, puis d'en explorer les conséquences tant au niveau électrophysiologique qu'au niveau de la psychophysique humaine. A la proximité de sphères rigides, le champ sonore est diffracté, ce qui donne lieu à des régimes de propagation de l'onde sonore différents selon la fréquence. En conséquence, quand la tête d'un animal est modélisée par une sphère rigide, l'ITD pour une position donnée dépend de la fréquence. Je montre que cet effet est reflété dans les indices humains en analysant des enregistrements acoustiques pour de nombreux sujets. De plus, j'explique cet effet à deux échelles: localement en fréquence, la variation de l'ITD donne lieu à différents délais interauraux dans l'enveloppe et la structure fine des signaux qui atteignent les oreilles. Deuxièmement, l'ITD de sons basses-fréquences est généralement plus grand que celui pour des sons hautes-fréquences venant de la même position. Dans une seconde partie, je discute l'état de l'art sur le système binaural sensible à l'ITD chez les mammifères. J'expose que l'hétérogénéité des réponses de ces neurones est prédite lorsque l'on fait l'hypothèse que les cellules encodent des ITDs variables avec la fréquence. De plus, je discute comment ces cellules peuvent être sensibles à une position dans l'espace, quel que soit le spectre du signal émis par la source. De manière générale, j'argumente que les données disponibles chez les mammifères sont en adéquation avec l'hypothèse de cellules sélectives à une position dans l'espace. Enfin, j'explore l'impact de la dépendance en fréquence de l'ITD sur le comportement humain, en utilisant des techniques psychoacoustiques. Les sujets doivent faire correspondre la position latérale de deux sons qui n'ont pas le même spectre. Les résultats suggèrent que les humains perçoivent des sons avec différents spectres à la même position lorsqu'ils ont des ITDs différents, comme prédit part des enregistrements acoustiques. De plus, cet effet est prédit par un modèle sphérique de la tête du sujet. En combinant des approches de différents domaines, je montre que le système binaural est remarquablement adapté aux indices disponibles dans son environnement. Cette stratégie de localisation des sources utilisée par les animaux peut être d'une grande inspiration dans le développement de systèmes robotiques. / Azimuth sound localization in many animals relies on the processing of differences in time-of-arrival of the low-frequency sounds at both ears: the interaural time differences (ITD). It was observed in some species that this cue depends on the spectrum of the signal emitted by the source. Yet, this variation is often discarded, as humans and animals are assumed to be insensitive to it. The purpose of this thesis is to assess this dependency using acoustical techniques, and explore the consequences of this additional complexity on the neurophysiology and psychophysics of sound localization. In the vicinity of rigid spheres, a sound field is diffracted, leading to frequency-dependent wave propagation regimes. Therefore, when the head is modeled as a rigid sphere, the ITD for a given position is a frequency-dependent quantity. I show that this is indeed reflected on human ITDs by studying acoustical recordings for a large number of human and animal subjects. Furthermore, I explain the effect of this variation at two scales. Locally in frequency the ITD introduces different envelope and fine structure delays in the signals reaching the ears. Second the ITD for low-frequency sounds is generally bigger than for high frequency sounds coming from the same position. In a second part, I introduce and discuss the current views on the binaural ITD-sensitive system in mammals. I expose that the heterogenous responses of such cells are well predicted when it is assumed that they are tuned to frequency-dependent ITDs. Furthermore, I discuss how those cells can be made to be tuned to a particular position in space irregardless of the frequency content of the stimulus. Overall, I argue that current data in mammals is consistent with the hypothesis that cells are tuned to a single position in space. Finally, I explore the impact of the frequency-dependence of ITD on human behavior, using psychoacoustical techniques. Subjects are asked to match the lateral position of sounds presented with different frequency content. Those results suggest that humans perceive sounds with different frequency contents at the same position provided that they have different ITDs, as predicted from acoustical data. The extent to which this occurs is well predicted by a spherical model of the head. Combining approaches from different fields, I show that the binaural system is remarkably adapted to the cues available in its environment. This processing strategy used by animals can be of great inspiration to the design of robotic systems.

La surdité est le déficit sensoriel le plus fréquent chez l'Homme et touche plus de 360 millions de personnes dans le monde. En France, un enfant sur 700 naît avec une surdité sévère ou profonde, et un enfant sur 1000 deviendra malentendant avant l'âge adulte. Environ 80% des cas de surdité neurosensorielle ont une cause génétique. La surdité peut être associée à des troubles de l'équilibre rendant difficile l'exécution de simples taches quotidiennes. La cause la plus fréquente de déficience auditive et vestibulaire, sont l'atteinte de, respectivement, la cochlée, organe sensoriel de l'audition, et du vestibule, organe sensoriel de l'équilibre, localisés dans l'oreille interne.Face à l'inexistence de traitement curatif, la thérapie génique semble être une alternative afin de traiter les patients atteints de surdités et/ou de troubles vestibulaires héréditaires. L'objectif de mon projet de thèse est de restaurer l'audition et l'équilibre dans des souris modèles des surdités et troubles vestibulaires humains (DFNB9, DFNB59, syndrome de Usher de type 1G et 3A), en utilisant la thérapie génique virale.Les résultats obtenus ont apporté une preuve de principe que le transfert intracochléaire de gènes thérapeutiques contenus dans un adénovirus associé in vivo, permet de restaurer la structure et la fonction des cellules ciliées sensorielles de l'oreille interne, au niveau de l'appareil mécano-sensitif et de la synapse. Ainsi, nous avons restauré de manière significative l'audition, et corriger complètement le trouble vestibulaire. Ce projet ouvre la voie à de nouvelles approches thérapeutiques pour des patients atteints de formes génétiques d'atteinte de l'oreille interne. / Hearing loss is one of the most common human sensory deficits affecting over 360 millions people worldwide. In France, over one child out of 700 suffers from profound deafness at birth, and 1/1000 will be affected by hearing impairment prior to adulthood. The early-onset forms of severe, nonsyndromic deafness are mostly genetic in origin. Deafness can be associated with vestibular impairments which can complicate daily simple tasks. In most cases, hearing and vestibular impairments are due to defects in, respectively, the cochlea, the hearing organ, and the vestibule, the balance organ.In front of the non-existence of curative treatment, gene transfer technology is an alternative therapeutic approach to rescue hereditary deafness and vestibular impairments. The aim of my project is the use of viral gene therapy to restore hearing and balance in mice established as model for human deafness (DFNB9, DFNB59, Usher syndrome type IG and 3A). Our results provide a proof-of-principle that in vivo intracochlear delivery of therapeutic genes using adeno-associated virus can restore the structure and the function of inner ear sensory hair cells, at the mecano-sensitive apparatus and at the synapse. Thus, we restore significantly the hearing, and completely the vestibular impairment. This project open the way to new methods for restoring hearing in patients with genetic forms of deafness.

Avant d'être libéré dans la fente synaptique, le glutamate est accumulé dans les vésicules présynaptiques par les transporteurs vésiculaires du glutamate (VGLUTs). Il existe 3 types de VGLUTs. VGLUT3 possède une distribution anatomique et des fonctions atypiques. Au sein du système nerveux central, VGLUT3 est exprimé dans des neurones glutamatergiques mais aussi non glutamatergiques, dans lesquels il assure les fonctions de co-transmission ou de synergie vésiculaire. On le retrouve notamment dans certains neurones sérotoninergiques du raphé. Au sein de l'oreille interne, VGLUT3 est l'unique VGLUT décrit dans les cellules ciliées internes (CCI). La sérotonine joue un rôle essentiel dans le contrôle respiratoire néonatal. En étudiant la respiration de souriceaux n'exprimant plus le VGLUT3, nous avons démontré le rôle de VGLUT3 dans l'adaptation au stress hypoxique néonatal. Une mutation de VGLUT3 a été mise en évidence dans une surdité humaine très proche cliniquement de la presbyacousie et appelée DFNA25. En étudiant le phénotype auditif de souris exprimant cette mutation, nous avons prouvé l'implication de cette mutation dans l'atteinte des CCI à l'origine de la surdité DFNA25. L'étude des processus biochimiques mis en jeu nous a permis d'envisager un rôle indirect de VGLUT3 dans l'activation de la mort autophagique, via la protéine Becline 1 et une possible interaction au sein de la voie de la Culline 3. L'ensemble de ce travail nous a permis de mettre en évidence un rôle de VGLUT3 dans l'adaptation aux conditions extrêmes telles que le développement néonatal ou le processus de vieillissement. Il ouvre de nouvelles perspectives sur les diverses fonctions des VGLUTs. / Before its release into synaptic cleft, glutamate is accumulated in presynaptic vesicles by vesicular glutamate transporters (VGLUTs). There are 3 types of VGLUTs. VGLUT3 presents atypical functions and anatomical distribution. In the central nervous system, VGLUT3 is expressed in glutamatergic and non glutamatergic neurons, in which it performs the co-transmission and the vesicular synergy. Particularly, we can observe VGLUT3 in serotoninergic neurons of raphe. In the inner ear, VGLUT3 is the unique VGLUT described in the inner hair cells (IHCs). Serotonin plays a key role in the neonatal respiratory control. By exploring the respiration of VGLUT3 knock out mice pumps, we have demonstrated the role of VGLUT3 in the response to neonatal hypoxic stress. One VGLUT3 mutation has been described in a human deafness clinically very close to presbycusis, the DFNA25 deafness. By studying the auditory phenotype of mice expressing this VGLUT3 mutation, we have proved the implication of this mutation in the IHCs impairment at the origin of DFNA25 deafness. Biochemical analysis have helped us to consider an indirect role of VGLUT3 in the autophagic death. Beclin 1 and a possible interaction between VGLUT3 and the Cullin3 pathways could be implicated. All of our results allowed us to highlight a role of VGLUT3 in the adaptation to extreme conditions like neonatal development or aging process. They open new perspectives on the various functions of VGLUTs.

L'implant cochléaire représente le dispositif de référence pour réhabiliter l'audition des patients atteints de surdités sévère à profonde. Les indications se sont récemment étendues vers les patients avec une audition résiduelle avec de bons résultats. Il persiste cependant une grande hétérogénéité des résultats auditifs. Plusieurs facteurs ont été identifiés comme influençant les performances auditives: durée de la surdité, intelligibilité préopératoire et stratégie de codage. Dans cette thèse, l'anatomie de la cochlée et la position postopératoire du porte-électrodes ont été étudiés afin d'identifier les facteurs de variabilité de la discrimination vocale inter- et intra-individuelle. Les résultats de cette thèse ont montré un lien entre la position de l'électrode et les performances auditives à court terme, alors que la plasticité neuronale pourrait jouer un rôle important dans l'adaptation de l'implant cochléaire aux structures neurales à long terme. De plus, la préservation des structures cochléaires est maintenant recommandée pour tous les candidats à l'implantation, quelle que soit leur audition préopératoire. Une étude radio-histologique sur rochers avec une insertion motorisée du porte-électrodes a été réalisée afin d'identifier les paramètres des forces d'insertion qui pourraient prédire le traumatisme de l'oreille interne lié à l'insertion. Une corrélation entre les valeurs de forces d'insertion et le traumatisme cochléaire a été trouvée dans les os temporaux. Ces valeurs, serviront au développement d'outils d'insertion " intelligents " pour réduire les lésions liées à l'insertion et ainsi conduire à des conditions de rééducation auditive optimale. / The cochlear implantation represents the standard technique to restore the hearing in totallydeafened persons, and the indications during the last years are widening also to patients withresidual hearing or presenting single sided deafness. Despite the overall good to very goodresults after cochlear implantation reported in literature a wide heterogeneity of the hearingoutcomes emerges in the single studies and poor results both in unilateral and bilateralcochlear implantation are still reported. Several patients’ specific factors have been identifiedas affecting postimplant speech perception score, including duration of deafness, residualpreoperative speech recognition, and different speech coding strategy. In this thesis theanatomy of the cochlea and the position of the electrode array in implanted patients have beenstudied with the attempt to identify the affecting factors that contribute to the variability of theinter- and intra-individual speech discrimination scores both in bilaterally and unilaterallyimplanted patients. Moreover, following the expanding indication for cochlear implantation,the preservation of inner ear structures is becoming recommended for all cochlear implantcandidates, regardless of their preoperative hearing. A radio-histological temporal bone studywith a motorized insertion of the array was performed in order to identify the insertion forcesparameters that could predict the possible traumatism involving the inner ear. The results ofthis thesis showed a relationship between the intracochlear electrode position and hearingperformance in the short term follow up, whereas the neural plasticity would play animportant role in the adaptation of the cochlear implant to the neural structures in the longterm. A correlation between insertion forces and inner ear traumatism was found in temporalbones. Two different force profiles for traumatic and atraumatic insertion were obtained; thesevalues, if confirmed by further studies, could be useful for the development of future forcefeedback automated cochlear implant insertion tool in order to reduce the risk of insertionrelated damage and provide the best chance for an optimal hearing rehabilitation in cochlearimplanted candidates.

L'évaluation de la sonie globale d'un son non-stationnaire repose sur la transformation de nos sensations de sonie momentanées en une valeur scalaire unique reflétant notre impression globale a posteriori. Cette thèse approfondit la compréhension de ce processus dynamique dans le cas particulier de stimuli présentant des profils d'intensité croissants ou décroissants de quelques secondes. Partant de l'observation que les sons croissants sont perçus plus forts que les sons décroissants alors qu'ils contiennent la même énergie pendant la même durée, cette thèse aborde la question des origines de cette asymétrie perceptive sous différentes perspectives. Une approche systématique est adoptée afin d'évaluer les bases méthodologiques, contextuelles et physiques du phénomène. Il est montré que l'évaluation globale de la sonie d'un stimulus dynamique ne correspond pas une simple moyenne énergétique. Les jugements des auditeurs se fondent sur une intégration temporelle de la région la plus intense des stimuli, mais d'autres mécanismes sont impliqués; des asymétries dépendant de façon complexe et non-linéaire des caractéristiques du profil temporel et du niveau des stimuli sont observées. Les modèles de sonie actuels ne permettent pas directement d'expliquer ces résultats, ce qui soutient l'idée selon laquelle les mécanismes étudiés pourraient provenir de traitements auditifs ou décisionnels "haut-niveau" n'étant pas encore pris en considération dans ces modèles. De nouvelles perspectives de recherche pour l'étude du codage et du traitement de stimuli non-stationnaires par les systèmes sensoriels à partir d'asymétries perceptives avérées sont ainsi offertes. / Global loudness evaluation of a time-varying sound is based on the transformation of our momentary loudness sensations into a single scalar value that reflects our overall impression a posteriori. This thesis deepens the understanding of this dynamical process in the case of specific stimuli that rise or fall in level over a few seconds. Starting from the observation that rising tones are perceived louder than falling tones while both contain the same energy over the same duration, this thesis scrutinizes the origins of this perceptual asymmetry from various perspectives. A systematic approach is adopted to evaluate the methodological, contextual and physical bases of this phenomenon. It is demonstrated that global loudness evaluation of a dynamic stimulus does not correspond to a simple energetic mean. Listeners’ judgments rely on a temporal integration of the loudest region of the stimuli, but additional mechanisms are involved; asymmetries which depend on temporal profile characteristics and sound level in a complex and non-linear way are observed. Current loudness models cannot directly account for the effects highlighted throughout the different studies of this thesis, which supports the idea that the mechanism(s) under study might take place in high auditory or decisional stages not considered in these models. This research offers new perspectives to investigate the coding and the processing of time-varying stimuli by sensory systems from identified perceptual asymmetries.

La même entrée sensorielle ne provoque pas toujours la même réaction. Dans les expériences en laboratoire, un stimulus donné peut engendrer une réponse différente à chaque nouvel essai, en particulier à proximité du seuil sensoriel. Ce phénomène est généralement attribué à une source de bruit non spécifique qui affecte la représentation sensorielle du stimulus ou le processus décisionnel. Dans cette thèse, nous examinons l'hypothèse selon laquelle cette variabilité des réponses peut être attribuée en partie à des fluctuations mesurables et spontanées de l'état cérébral. Dans ce but, nous développons et évaluons deux ensembles d'outils. L’un est un ensemble de modèles et de méthodes psychophysiques permettant de suivre les variations de la performance perceptive avec une bonne résolution temporelle et avec précision, sur différentes échelles de temps. Ces méthodes s’appuient sur des procédures adaptatives initialement développées pour mesurer efficacement les seuils de perception statiques et sont étendues ici dans le but de suivre des seuils qui varient au cours du temps. Le deuxième ensemble d'outils que nous développons comprend des méthodes d'analyse de données pour extraire de signaux d’électroencéphalographie (EEG) une quantité prédictive de la performance comportementale à diverses échelles de temps. Nous avons appliqué ces outils à des enregistrements conjoints d’EEG et de données comportementales collectées pendant que des auditeurs normo-entendants réalisaient une tâche de discrimination de fréquence sur des stimuli auditifs proche du seuil de discrimination. Contrairement à ce qui a été rapporté dans la littérature concernant des stimuli visuels, nous n'avons pas trouvé de preuve d’un quelconque effet des oscillations EEG spontanées de basse fréquence sur la performance auditive. En revanche, nous avons trouvé qu'une part importante de la variabilité des jugements peut s’expliquer par des effets de l'historique récent des stimuli et des réponses sur la décision prise à un moment donné. / The same sensory input does not always trigger the same reaction. In laboratory experiments, a given stimulus may elicit a different response on each trial, particularly near the sensory threshold. This is usually attributed to an unspecific source of noise that affects the sensory representation of the stimulus or the decision process. In this thesis we explore the hypothesis that response variability can in part be attributed to measurable, spontaneous fluctuations of ongoing brain state. For this purpose, we develop and test two sets of tools. One is a set of models and psychophysical methods to follow variations of perceptual performance with good temporal resolution and accuracy on different time scales. These methods rely on the adaptive procedures that were developed for the efficient measurements of static sensory thresholds and are extended here for the purpose of tracking time-varying thresholds. The second set of tools we develop encompass data analysis methods to extract from electroencephalography (EEG) signals a quantity that is predictive of behavioral performance on various time scales. We applied these tools to joint recordings of EEG and behavioral data acquired while normal listeners performed a frequency-discrimination task on near-threshold auditory stimuli. Unlike what was reported in the literature for visual stimuli, we did not find evidence for any effects of ongoing low-frequency EEG oscillations on auditory performance. However, we found that a substantial part of judgment variability can be accounted for by effects of recent stimulus-response history on an ongoing decision.