Diss.--Justus-Liebig-Universität--Giessen, 1998. / Bibliogr. p. 307-316.

Thèse (M.Ps.)--Université Laval, 2003. / Bibliogr.: f. 42-50. Publié aussi en version électronique.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les humains sont continuellement exposés à des stimulations pour lesquelles leur système perceptivo-cognitif doit créer des représentations mnésiques. Tout en créant un code interne de composantes, ce système doit être en mesure de reconnaître, d'identifier, et de discriminer ces objets lors de prochaines occurrences. Ce processus s'effectue par la création et la mise à jour d'une mémoire épisodique d'exemplaires à dimensionnalité réduite. De plus, le système cognitif doit regrouper les objets similaires en catégories, tout en adaptant le contenu de la mémoire suite à l'ajout d'informations produit par la rencontre de nouveaux objets. Ces processus de niveau « objet » et « catégorie » s'effectuent de façon séparée, par le biais de deux mémoires. Jusqu'à maintenant, aucun modèle formel satisfaisant n'était en mesure de rendre compte de cette variété de comportements humains sans sacrifier la simplicité et l'élégance du système initial pour simuler l'un d'eux. Le modèle FEBAM (pour Feature-Extracting Bidirectional Associative Memory) a été créé dans le but de répondre à cette incapacité de beaucoup de modèles existants à effectuer des tâches cognitives et perceptuelles à l'aide d'un codage interne créé de façon autonome, comme le font les humains. Basé sur une architecture neuronale associative bidirectionnelle, FEBAM peut reproduire les comportements d'autres réseaux de neurones artificiels dont les processus dynamiques sont basés sur l'extraction de composantes, la création de bassins d'attracteurs, ou encore le partitionnement de données (« clustering »), et ce, en utilisant une seule architecture, règle de transmission et procédure d'apprentissage. Dans la présente thèse, il sera montré qu'avec un nombre minimal de principes définitoires, le modèle pourra effectuer des tâches telles que la création autonome d'un code interne de composantes, le développement autonome d'une mémoire d'exemplaires parfaits, ainsi que l'identification et la catégorisation autonomes. Il sera aussi montré, grâce à la proposition d'un mécanisme itératif de croissance de l'architecture, que les catégories créées par le réseau peuvent être réorganisées suite à la présentation de nouvelles informations perceptuelles au système. On montrera également que FEBAM préserve les capacités d'une mémoire autoassociative récurrente (dont il est inspiré), tout en améliorant certains des comportements de cette dernière. Le modèle FEBAM sera également étendu au cas supervisé. Dans ce cas, le modèle FEBAM-RA (RA pour Response Association), grâce à un module supplémentaire, associera les représentations internes des stimuli à leur identité ou à leur appartenance catégorielle prédéfinies. Cette extension se fera sans avoir à ajouter des principes définitoires: ainsi, on utilisera ici la même règle d'apprentissage, la même règle de transmission, et une généralisation de l'architecture de FEBAM. Grâce à cet ajout, le modèle sera en mesure de reproduire de façon qualitative l'effet de la pré-exposition perceptuelle sur la rapidité de l'apprentissage identificatif supervisé, ainsi que l'effet de difficulté de la tâche lorsque l'on compare l'identification et la catégorisation supervisées (dans une situation de tâches simultanées). La contribution principale de cette thèse repose donc dans la parcimonie des principes utilisés. En effet, grâce à un nombre minimal de postulats définitoires, on modélisera donc des processus de traitement d'objets et de catégories, et ce, de façon autonome ou supervisée. Ce projet de recherche constituant la première étape de développement de l'approche FEBAM, quelques améliorations à l'approche de base seront proposées. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Modélisation cognitive, Réseaux de neurones artificiels, Extraction de composantes, Catégorisation, Identification.

Manger est un geste davantage relié aux sensations plutôt qu’aux cognitions. Les ateliers Les aventuriers du goût constituent l’objet de cette évaluation qui cible les enfants âgés de 5 à 7 ans en milieu scolaire dans la région de Sherbrooke. Les objectifs de l’étude sont de décrire 1) les effets des ateliers sur la reconnaissance des aliments, l’envie de goûter et le comportement alimentaire quant à la diversité du choix alimentaire, et de décrire 2) le comportement alimentaire des enfants tel que perçu par leurs parents. Un devis mixte d’évaluation comportant des observations faites avant et après les ateliers avec groupe témoin a été utilisé. Il en ressort que les ateliers ont favorisé la reconnaissance des aliments et l’attitude envers l’envie de goûter à de nouveaux aliments. L’éveil sensoriel au goût semble une avenue prometteuse pour favoriser la reconnaissance d’aliments, encourager la diversité ainsi que l’acquisition de saines habitudes alimentaires.

En modalité visuelle, la perception temporelle est influencée par l'environnement spatial. L'expérience 1 examine l'incidence des points de fixation sur la discrimination temporelle de deux durées standards : 200 et 335 ms. Trois diodes sont disposées sur un plan vertical (Bas, Milieu, Haut). Les intervalles sont délimités sur le segment inférieur de façon ascendante (B-M), descendante (M-B) ou sur le segment supérieur de façon ascendante (M-H), descendante (H-M). Un point de fixation est exigé pour chacune des conditions (B, M, H). Les résultats montrent que les performances sont majoritairement attribuables à l'influence de l'attention. Cette variable est contrôlée par l'expérience 2 qui reproduit la précédente, sans exiger de point de fixation. Les résultats révèlent que les séries ascendantes sur le segment inférieur permettent une meilleure discrimination temporelle.

Le champ des neurosciences connaît depuis quelques décades un développement très important dans la compréhension des corrélats neuronaux de la perception. Le cerveau adulte répond aux variations de l'environnement et à l'expérience par des modifications fonctionnelles et structurales, regroupées sous le terme générique de plasticité, plasticité qui sous-tend l'apprentissage. Cette plasticité affecte la perception sensorielle, olfactive puisque c'est cette modalité qui va nous intéresser, mais également la perception de stimuli dans d'autres modalités sensorielles. Contrairement à des convictions longtemps érigées en dogme mais maintenant dépassées sur la nature fixe du cerveau, il est établi désormais que le cerveau adulte est capable de générer tout au long de la vie de nouveaux neurones qui s'intègrent dans la circuiterie cérébrale complexe, en particulier dans le bulbe olfactif et pourraient jouer un rôle dans l'apprentissage. Des travaux antérieurs de l'équipe ont démontré que l'acquisition de l'apprentissage perceptif dépend de la présence des neurones formés chez l'adulte. Par ailleurs, les systèmes neuromodulateurs comme les systèmes noradrénergique et cholinergique innervent massivement le bulbe olfactif et en particulier les neurInhibiting noradrenergic fibers duroing post learning discrimination testing lblmocked ones cibles de la neurogenèse adulte, les interneurones granulaires. Ils sont depuis longtemps connus pour leur implication dans les processus d'apprentissage en général et olfactif en particulier. Un objectif de la thèse était de déterminer le pattern temporal et spatial de l'innervation des neurones formés chez l'adulte dans le bulbe olfactif et sa modification potentielle par l'apprentissage, par des approches comportementales combinées à des approches neuro-anatomiques. Un autre objectif était d'évaluer le rôle fonctionnel des contacts noradrénergiques mis en place par l'apprentissage en utilisant l'outil optogénétique. Les résultats indiquent que l'innervation des neurones formés chez l'adulte s'installent dès le huitième jour après la naissance des neurones pour le système cholinergique, comme pour le système noradrénergique. L'apprentissage induit une augmentation massive des contacts noradrénergiques sur les neurones formés chez l'adulte qui n'est pas retrouvée pour les fibres cholinergiques, pointant le système noradrénergique comme un acteur majeur de la plasticité induite par l'apprentissage perceptif / The field of neuroscience has experienced explosive growth over the past decade toward understanding the neural correlates of perception. More specifically, the adult brain responds to environmental experience by significant functional and structural modifications, called "neural plasticity" which underlies learning. A main issue in neuroscience is to understand the cellular basis of perceptive plasticity and subsequent behavioral adaptations. Contrary to previously held beliefs about its static nature, the adult brain is in fact capable of generating new neurons that can integrate into its complex circuitry. The birth of new neurons constitutively occurs in two specific regions of the adult mammalian brain (OB and hippocampal dentate gyrus). Adult neurogenesis is a sophisticated biological process whose function has remained a mystery to neuroscience researchers but a role in learning and memory has been proposed. Previous work in our group have shown that perceptive olfactory learning depends on adult neurogenesis. In addition, neuromodulatory systems, including noradrenergic and cholinergic systems massively innervate the olfactory bulb and more specifically the inhibitory interneurons targeted by adult neurogenesis and are long-known for their role in learning and memory. One objective of the present work was to determine the spatial and temporal pattern of the innervation by noradrenergic and cholinergic inputs of developing adult-born neurons and to investigate its modulation by learning. For that purpose, we used behavioral and neuro-anatomical approaches. Another objective was to assess the functional role of centrifugal contacts using an optogenetic approach. Results indicate that the noradrenergic innervation is selectively increased on adult born neurons following perceptual olfactory learning, a phenomenon that was not observed for cholinergic innervation, pointing the noradrenergic system as a key mechanisms involved in perceptual learning. Interestingly, noradrenergic contacts on neurons born during ontogenesis were not affected by learning, suggesting a very specific part played by adult-born neuron in learning associated plasticity. In the same brains, we have analyzed the structural plasticity induced by learning in adult-born and pre-existing neurons. The major finding is that mirroring the increased number of noradrenergic contacts, learning induced an increase in dendritic spines on adult-born, but not on pre-existing neurons

Le bulbe olfactif est le siège d'une neurogenèse adulte pouvant jouer un rôle dans les apprentissages olfactifs. Nous nous sommes intéressés à son rôle dans un type d'apprentissage olfactif : l'apprentissage perceptif. Tout d'abord, l'enrichissement permet d'améliorer la discrimination d'odeurs proches : c'est l'apprentissage perceptif. En étudiant les effets de la suppression de la neurogenèse pendant l'enrichissement nous avons montré que la neurogenèse était nécessaire à l'apprentissage perceptif en modulant l'inhibition des cellules mitrales par les cellules granulaires. Ensuite, nous avons étudié le rôle de la noradrénaline dans cet apprentissage. La noradrénaline est nécessaire à l'apprentissage perceptif et suffisante pour en mimer les effets. De plus, nous avons montré que la neurogenèse bulbaire était essentielle à l'action de la noradrénaline pour permettre l'apprentissage perceptif. Enfin, nous nous sommes intéressés à l'effet du vieillissement sur l'apprentissage perceptif. Nous avons trouvé qu'il existait un défaut d'apprentissage perceptif chez la souris âgée en lien avec une diminution de la neurogenèse. En revanche, une stimulation noradrénergique permet de restaurer l'apprentissage perceptif sans modulation de la neurogenèse bulbaire suggérant l'existence de mécanismes compensatoires. L'apprentissage perceptif est sous-tendu par la neurogenèse bulbaire, via le système noradrénergique, pour permettre une hausse d'inhibition des cellules mitrales par les cellules granulaires améliorant la discrimination des odeurs proches. Avec l'âge, l'apprentissage perceptif peut être restauré suggérant une plasticité toujours présente dans un système olfactif vieillissant / The olfactory bulb is the target of a well described adult neurogenesis which has been involved in different kinds of learning. We focused on the role of adult neurogenesis on olfactory perceptual learning which consists on an improvement of olfactory discrimination after odor enrichment. We found that experience-driven improvement in olfactory discrimination (perceptual learning) requires the addition of newborn neurons in the olfactory bulb. More specifically, we showed that adult-born neurons are required for perceptual learning by modulating the inhibition of mitral cells by granule cells. Then, we studied the role of noradrenaline on perceptual learning. Direct manipulation of noradrenergic transmission significantly effect on adult-born neuron survival and perceptual learning. Finally, we investigated the effect of aging on perceptual learning. We found that perceptual learning was impaired by aging in line with an alteration of neurogenesis. However, noradrenergic stimulation restores perceptual learning without modulating neurogenesis suggesting compensatory mechanisms. Neural mechanisms underlying perceptual learning involve neurogenesis and noradrenergic system to allow an increase of mitral cell inhibition thanks to the granule cells leading to an improvement of odor discrimination. During aging, perceptual learning can be restored suggesting that the olfactory system is still plastic

Les effets du vieillissement normal sur l’apprentissage de séquences sont examinés dans un contexte où l’intervention de la mémoire à court terme est requise (tâche d’apprentissage supra-empan de Hebb). Le paradigme consiste en une tâche de rappel sériel immédiat où, à l’insu du participant une séquence répétée survient en alternance avec des séquences aléatoires. L'apprentissage s'observe par une différence entre le rappel de la séquence répétée et des séquences aléatoires. Dans la première étude, la longueur des séquences correspond à l’empan de chaque participant plus un item (empan +1). Les résultats obtenus à cette étude montrent que l’apprentissage de séquences verbales est préservé chez les personnes âgées, tant avec des stimuli familiers (mots) que des stimuli moins familiers (pseudo-mots). Par contre, les résultats obtenus dans la seconde série d'études montrent un effet de l’âge en apprentissage de séquences spatiales, que les séquences comportent un nombre fixe d'items (9) ou que leur longueur soit ajustée en fonction de l'empan (empan +1) de chaque participant. Les résultats montrent également que l’effet d’âge observé ne relèverait pas de l'utilisation de stratégies explicites de rappel. L’ensemble de ces résultats suggèrent que certains processus associés à l'apprentissage de séquences visuo-spatiales subiraient des altérations significatives lors du vieillissement.

La variabilité inter-individuelle en localisation auditive a été étudiée à travers plusieurs expérimentations. La première expérimentation a exploré la variabilité inter-individuelle en localisation auditive de sources sonores virtuelles (HRTFs individuelles et non individuelles) dans une population de 25 auditeurs naïfs préalablement soumis à un entraînement procédural. D'après nos résultats, la variabilité inter-individuelle dans la dimension gauche/droite pourrait être liée à une préférence individuelle vers un type d'indices parmi ceux utilisables pour la localisation dans cette dimension (indices binauraux/spectraux). Dans les dimensions haut/bas et avant/arrière, la variabilité inter-individuelle pourrait être liée à l'attention spatiale et à sa variation entre les zones de l'espace. Une seconde expérimentation réalisée chez les mêmes auditeurs a montré qu'une amélioration des capacités de localisation était possible par un entraînement par feedback visuel ou audio-moteur. Cette amélioration était souvent fonction de la performance avant entraînement, conduisant ainsi à une réduction de la variabilité inter-individuelle après entraînement. La variabilité inter-individuelle dans la dimension haut/bas après entraînement était en partie expliquée par l'activité du faisceau olivocochléaire efférent médian (FOCEM), structure du système auditif probablement impliquée dans le codage des indices spectraux de localisation. Ce résultat a été conforté par les résultats d'une troisième expérimentation qui ont révélé que les auditeurs dont la performance de localisation était la moins altérée dans le bruit étaient ceux dont le FOCEM avait été déterminé comme le plus actif. / Several experiments were performed to investigate interindividual variability in auditory localization. The first experiment explored interindividual variability in the localization of virtual sound sources (individualized and non-individualized HRTFs) in 25 naive listeners following procedural training. The results suggest that interindividual variability in localization performance in the left-right dimension stems from interindividual differences in the use of the different types of cues available for sound localization in this dimension (binaural/spectral cues). Interindividual variability in sound-localization performance in the up-down and front-back dimensions appears to be related primarily to spatial attention and to its variation across the area of space. A second experiment in the same group of listeners showed that localization performance can be improved by the provision of visual or auditory-motor feedback. The improvement depended upon pre-training performance, in such a way that interindividual variability in performance was smaller after training than before training. In addition, interindividual variability in the up-down dimension after training was found to be related to interindividual differences in the activity of the medial olivocochlear bundle (MOCB), an efferent auditory system that is currently likely thought to be involved in the processing of spectral cues for sound localization. This result was supported by the results of a third experiment which revealed that the listeners in whom localization performance was least impacted by background noise were those in whom the strongest MOCB had been measured.