Les oscillations fournissent le matériel expérimental pour observer la structure dynamique de l'activité cérébrale (Baillet, 2017 ; Buzsaki et Draguhn, 2004 ; Silva, 2013). Entre le repos et la réalisation d'une tâche, les propriétés du signal des oscillations (fréquence, phase et amplitude) varient selon les régions du cerveau, en fonction de l'état mental et de la tâche en cours. Il a été proposé que le couplage phase-amplitude entre la phase des oscillations thêta et l'amplitude des oscillations gamma soit un mécanisme que le cerveau implémente pour permettre la rétention d'informations en mémoire. Cependant, le rôle du couplage thêta-gamma dans la mémoire à court terme doit encore être démontré. Dans cette étude, nous avons cherché à savoir si le couplage phase-amplitude thêta-gamma dans l'hippocampe soutient la rétention de l'information en mémoire, par rapport à la simple perception, et si le couplage thêta-gamma dans l'hippocampe humain est lié la performance comportementale dans un tâche de mémoire à court terme. Des enregistrements EEG stéréotaxiques ont été obtenus chez 16 patients épileptiques pharmaco-résistants qui ont effectué des tâches de comparaison de séquences sonores et une condition de contrôle d'écoute passive avec le même matériel. Pour étudier la mémoire à court terme, la durée de la période silencieuse de rétention entre les séquences à comparer (2000, 4000, 8000 ms) ainsi que la charge en mémoire (3 - 6 éléments à encoder) ont été manipulées. Les analyses de Temps-Fréquence pendant la période d'encodage de la tâche montrent que chaque note a été encodée par une bouffée gamma transitoire dans le cortex auditif, tandis que la séquence entière a induit des oscillations thêta soutenues dans la voie auditive ventrale (à partir du gyrus temporal supérieur jusqu'au gyrus frontal inférieur en incluant des régions du lobe temporal médian). Pendant la période de rétention, le couplage thêta-gamma était augmenté dans l'hippocampe gauche pendant les essais de mémoire par rapport aux essais de perception. Il est important de noter que la force du couplage thêta-gamma était corrélée à la performance des participants et qu'une forte stabilité du couplage (bouffée gamma imbriquée dans la phase ascendante de l'oscillation thêta) a été observée dans l'hippocampe gauche et le cortex auditif secondaire. Ce résultat suggère que le couplage thêta-gamma dans l'hippocampe favorise la rétention des éléments mémorisés dans une tâche de mémoire auditive à court terme. Cela élargit nos connaissances sur le rôle général du couplage inter-fréquentiel en tant que mécanisme biologique global pour le traitement et l'intégration des informations dans le cerveau humain. / Brain oscillations provide the experimental material to observe the dynamical structure of brain activity (Baillet, 2017; Buzsaki and Draguhn, 2004; Silva, 2013). Between rest and task performance, the signal properties of oscillations (frequency, phase, and amplitude) vary across brain regions, according to the mental state and the ongoing task performed. Phase Amplitude Coupling between theta and gamma oscillations has been hypothesized to implement the retention of information during short-term memory. However, the role of theta-gamma coupling in short-term memory functions still needs to be demonstrated. In this study, we investigated if hippocampal theta-gamma PAC supports auditory memory retention, as compared to simple perception, and if theta-gamma coupling in the human hippocampus can correlate with behavioural performance in a short-term auditory memory task. Stereotaxic EEG recordings were obtained from 16 pharmaco-resistant epileptic patients who performed delayed match-to-sample tasks for tone sequences, and a passive listening perception condition with the same material. To investigate short-term memory functions, the duration of the silent retention period between the to-be-compared sequences (2000, 4000, 8000 ms) as well as the memory load (3, 6 tones) were manipulated. Time-frequency analyses during the encoding period of the task show that each tone was encoded by a transient gamma burst in the auditory cortex, while the entire sequence elicited sustained theta oscillations in the ventral auditory stream (from the superior temporal gyrus to the inferior frontal gyrus including regions of the medial temporal lobe). During the retention period, theta-gamma coupling increased in the left hippocampus during memory trials as compared to perception trials. Importantly, theta-gamma coupling strength was correlated with participant's performance and high coupling stability/consistency (gamma burst nested to the ascending phase of the theta oscillation) was observed in both the left hippocampus and secondary auditory cortex. This study suggests that hippocampal theta-gamma coupling supports the retention of memorized items in auditory short-term memory. This expands our knowledge of the general role of cross-frequency coupling as a global biological mechanism for brain information processing and integration in the human brain.

Les oscillations fournissent le matériel expérimental pour observer la structure dynamique de l'activité cérébrale (Baillet, 2017 ; Buzsaki et Draguhn, 2004 ; Silva, 2013). Entre le repos et la réalisation d'une tâche, les propriétés du signal des oscillations (fréquence, phase et amplitude) varient selon les régions du cerveau, en fonction de l'état mental et de la tâche en cours. Il a été proposé que le couplage phase-amplitude entre la phase des oscillations thêta et l'amplitude des oscillations gamma soit un mécanisme que le cerveau implémente pour permettre la rétention d'informations en mémoire. Cependant, le rôle du couplage thêta-gamma dans la mémoire à court terme doit encore être démontré. Dans cette étude, nous avons cherché à savoir si le couplage phase-amplitude thêta-gamma dans l'hippocampe soutient la rétention de l'information en mémoire, par rapport à la simple perception, et si le couplage thêta-gamma dans l'hippocampe humain est lié la performance comportementale dans un tâche de mémoire à court terme. Des enregistrements EEG stéréotaxiques ont été obtenus chez 16 patients épileptiques pharmaco-résistants qui ont effectué des tâches de comparaison de séquences sonores et une condition de contrôle d'écoute passive avec le même matériel. Pour étudier la mémoire à court terme, la durée de la période silencieuse de rétention entre les séquences à comparer (2000, 4000, 8000 ms) ainsi que la charge en mémoire (3 - 6 éléments à encoder) ont été manipulées. Les analyses de Temps-Fréquence pendant la période d'encodage de la tâche montrent que chaque note a été encodée par une bouffée gamma transitoire dans le cortex auditif, tandis que la séquence entière a induit des oscillations thêta soutenues dans la voie auditive ventrale (à partir du gyrus temporal supérieur jusqu'au gyrus frontal inférieur en incluant des régions du lobe temporal médian). Pendant la période de rétention, le couplage thêta-gamma était augmenté dans l'hippocampe gauche pendant les essais de mémoire par rapport aux essais de perception. Il est important de noter que la force du couplage thêta-gamma était corrélée à la performance des participants et qu'une forte stabilité du couplage (bouffée gamma imbriquée dans la phase ascendante de l'oscillation thêta) a été observée dans l'hippocampe gauche et le cortex auditif secondaire. Ce résultat suggère que le couplage thêta-gamma dans l'hippocampe favorise la rétention des éléments mémorisés dans une tâche de mémoire auditive à court terme. Cela élargit nos connaissances sur le rôle général du couplage inter-fréquentiel en tant que mécanisme biologique global pour le traitement et l'intégration des informations dans le cerveau humain. / Brain oscillations provide the experimental material to observe the dynamical structure of brain activity (Baillet, 2017; Buzsaki and Draguhn, 2004; Silva, 2013). Between rest and task performance, the signal properties of oscillations (frequency, phase, and amplitude) vary across brain regions, according to the mental state and the ongoing task performed. Phase Amplitude Coupling between theta and gamma oscillations has been hypothesized to implement the retention of information during short-term memory. However, the role of theta-gamma coupling in short-term memory functions still needs to be demonstrated. In this study, we investigated if hippocampal theta-gamma PAC supports auditory memory retention, as compared to simple perception, and if theta-gamma coupling in the human hippocampus can correlate with behavioural performance in a short-term auditory memory task. Stereotaxic EEG recordings were obtained from 16 pharmaco-resistant epileptic patients who performed delayed match-to-sample tasks for tone sequences, and a passive listening perception condition with the same material. To investigate short-term memory functions, the duration of the silent retention period between the to-be-compared sequences (2000, 4000, 8000 ms) as well as the memory load (3, 6 tones) were manipulated. Time-frequency analyses during the encoding period of the task show that each tone was encoded by a transient gamma burst in the auditory cortex, while the entire sequence elicited sustained theta oscillations in the ventral auditory stream (from the superior temporal gyrus to the inferior frontal gyrus including regions of the medial temporal lobe). During the retention period, theta-gamma coupling increased in the left hippocampus during memory trials as compared to perception trials. Importantly, theta-gamma coupling strength was correlated with participant's performance and high coupling stability/consistency (gamma burst nested to the ascending phase of the theta oscillation) was observed in both the left hippocampus and secondary auditory cortex. This study suggests that hippocampal theta-gamma coupling supports the retention of memorized items in auditory short-term memory. This expands our knowledge of the general role of cross-frequency coupling as a global biological mechanism for brain information processing and integration in the human brain.

Cette recherche avait pour objectif d'examiner l'effet d'un programme d'éveil sonore actif en comparaison à un programme d'éveil sonore de type jeu de bingo sur les variables dépendantes suivantes, soit 1) le comportement attentionnel (spécifiquement les degrés d'hyperactivité et d'inattention), 2) l'attention sélective et 3) les habiletés musicales perceptives (mélodie, rythme et mémoire - variables contrôle) d'enfants de six et sept ans (N=16). Trois groupes homogènes ont été formés à partir d'une même classe de première année, soit deux groupes d'intervention (n=5 actif; n=5 bingo) et un groupe contrôle (n=6). L'expérimentation s'est déroulée sur une période de deux semaines, à raison de quatre rencontres hebdomadaires de 30 minutes, pour un total de huit séances. Au prétest et au post-test, la collecte de données a été réalisée à l'aide de l'ASEBA pour les indices d'hyperactivité et d'inattention, la batterie NEPSY-II pour l'attention sélective auditive ainsi que la MBEMA-EC pour les habiletés musicales. De façon globale, on ne peut établir de liens significatifs sur le plan statistique entre le programme d'éveil sonore actif et l'amélioration des comportements attentionnels, l'attention sélective et les habiletés musicales. Des études supplémentaires sont nécessaires afin de mieux mesurer l'apport des sons de l'environnement sur le développement des capacités auditives des enfants / The aim of this study was to examine the effects of an active sound awareness program compared to a bingotype sound awareness program on the following dependent variables: 1) attentional behavior (hyperactivity and inattention), 2) selective attention, and 3) perceptual musical skills (melody, rhythm and memory - control variables) of six- and seven-year-olds (N=16). Three homogeneous groups were formed within one first-grade class: two intervention groups (n=5 active; n=5 bingo-type) and one control group (n=6). The experiment took place over a two-week period, and consisted of 30-minute meetings four times per week for a total of eight sessions. Pre- and post-test data were collected using the ASEBA questionnaire to assess hyperactivity and inattention behaviors, the NEPSY-II battery to measure auditory selective attention, and the MBEMA-EC to assess musical skills. Overall, no statistically significant relationships were found between the active program and improvements in attentional behaviors, selective attention, or musical skills. Further research is needed to better determine the contribution of environmental sounds to the development of children's hearing ability

Les mécanismes volontaires (V) et involontaires (I) de l’attention reposent sur les réseaux dorsal et ventral, convergeant dans le cortex préfrontal latéral (lPFC). La distractibilité accrue liée au vieillissement ou à une lésion frontale pourrait être due à une altération de l’équilibre entre ces mécanismes V et I, essentiel mais rarement étudié. Notre objectif est de tester, dans la modalité auditive, si (1) les oscillations alpha coordonnent l'activité du réseau dorsal, (2) les oscillations gamma celle du réseau ventral, (3) le couplage oscillatoire dans le lPFC maintient l’équilibre entre les deux réseaux. Ce travail vise également à étudier les corrélats oscillatoires de la distractibilité accrue liée au vieillissement ou à une atteinte frontale. Des données MEEG ont été enregistrées alors que des participants réalisaient le Competitive Attention Test, qui permet d’étudier simultanément les mécanismes V et I de l’attention. Nous avons montré que les oscillations alpha reflètent l’activation des mécanismes facilitateurs et suppresseurs de l’attention V, et la communication au sein du réseau dorsal ; alors que les oscillations gamma indexent l’activation du réseau ventral. De plus, le lPFC serait impliqué dans la communication au sein des deux réseaux, et le PFC médian dans l’équilibre attentionnel V/I. Nous avons également montré que la distractibilité accrue était liée à un déficit d’attention V au cours du vieillissement, et à une altération des processus V et I après lésion frontale. Ce travail de thèse offre donc une meilleure compréhension de la dynamique cérébrale oscillatoire sur laquelle repose l'équilibre attentionnel V/I, et donc la distractibilité / Top-down (TD) and bottom-up (BU) mechanisms of attention are supported by dorsal and ventral networks that mainly overlap in the lateral prefrontal cortex (lPFC). A balance between these mechanisms is essential, yet rarely investigated. Increased distractibility observed during ageing or after frontal damage could result from jeopardizing this balance. It has been proposed that distinct oscillatory frequencies support the activation of these two attention networks. Our main aim was to test, in the auditory modality, whether (1) alpha oscillations would coordinate activity within the dorsal TD network, (2) gamma activity would index the activation of the ventral BU network, (3) the lPFC would support the balance between these networks through oscillatory coupling. We also aimed to investigate the oscillatory correlates of the increased distractibility associated with ageing or frontal damage. MEEG data were recorded while participants performed the Competitive Attention Test, which enables simultaneous investigation of BU and TD attention mechanisms. We showed that alpha oscillations indexed facilitatory and suppressive mechanisms of TD attention, and communication within the dorsal network; while gamma oscillations indexed the ventral network activation. Moreover, the lPFC subtended communication in the two networks; with the TD/BU interaction occurring in the medial PFC. We also showed that ageing-related distractibility was of TD deficit origin. Finally, preliminary results suggest that lPFC damage can impact both TD and BU attention. This thesis provides novel insights into the brain oscillatory dynamics of the TD/BU attentional balance supporting distractibility