L’attention visuelle est un processus cognitif qui priorise le traitement de l’information visuelle d’une région particulière du champ visuel. En électroencéphalographie, la méthode des potentiels reliés aux évènements permet l’extraction de composantes associées à divers processus cognitifs. La N2pc, une composante latéralisée caractérisée par une déflexion négative entre 180 et 300 ms post-stimulus du côté controlatéral à l’hémichamp dans lequel l’attention est déployée, reflète les processus impliqués dans le déploiement de l’attention visuo-spatiale. De nombreuses études antérieures ont soulevé plusieurs facteurs pouvant moduler cette composante, provenant d’autant de processus de bas niveau que de processus de haut niveau. Cette présente étude comporte une série d’expériences qui approfondit les connaissances sur le rôle de l’attention sur le traitement et la représentation des items dans les champs récepteurs des aires extrastriées du cortex visuel. Ces études démontrent ainsi que l’attention peut effectivement éliminer l’influence d’un distracteur dissimilaire à la cible lorsque celui-ci se retrouve dans le même champ visuel que l’item auquel l’attention est attribuée. Cependant, lorsque l’item est similaire à la cible, son influence ne peut être éliminée. De plus, cette présente étude identifie le rôle des filtres précoces et tardifs de haut niveau sur la sélection attentionnelle. / Visual attention is a cognitive process that improves the limited capacity of the visual system by prioritising the processing of information within the attended area of the visual field. Using the event-related potentials method, components associated to such cognitive processes can be extracted from electroencephalographic activity. The N2pc, a lateralized component characterised by a negative deflection between 180 – 300 ms post-stimulus in the posterior electrodes of the hemisphere contralateral to the attended visual hemifield, reflects processes associated to the deployment of visuospatial attention. Previous studies have identified numerous factors, both from bottom-up and top-down influences, capable of modulating this component. The present study expands our understanding of attention on the processing of information from within and between receptive fields in the extrastriate visual cortex. Particularly, the present study shows that attention can be dissociated from salient items when these are dissimilar to the target and that their influence is eliminated when this particular item is located within the same receptive field as the attended item. Additionally, this study recognizes the influence of early and late target-filter processes on attentional selection.

L’attention visuelle est un processus cognitif qui priorise le traitement de l’information visuelle d’une région particulière du champ visuel. En électroencéphalographie, la méthode des potentiels reliés aux évènements permet l’extraction de composantes associées à divers processus cognitifs. La N2pc, une composante latéralisée caractérisée par une déflexion négative entre 180 et 300 ms post-stimulus du côté controlatéral à l’hémichamp dans lequel l’attention est déployée, reflète les processus impliqués dans le déploiement de l’attention visuo-spatiale. De nombreuses études antérieures ont soulevé plusieurs facteurs pouvant moduler cette composante, provenant d’autant de processus de bas niveau que de processus de haut niveau. Cette présente étude comporte une série d’expériences qui approfondit les connaissances sur le rôle de l’attention sur le traitement et la représentation des items dans les champs récepteurs des aires extrastriées du cortex visuel. Ces études démontrent ainsi que l’attention peut effectivement éliminer l’influence d’un distracteur dissimilaire à la cible lorsque celui-ci se retrouve dans le même champ visuel que l’item auquel l’attention est attribuée. Cependant, lorsque l’item est similaire à la cible, son influence ne peut être éliminée. De plus, cette présente étude identifie le rôle des filtres précoces et tardifs de haut niveau sur la sélection attentionnelle. / Visual attention is a cognitive process that improves the limited capacity of the visual system by prioritising the processing of information within the attended area of the visual field. Using the event-related potentials method, components associated to such cognitive processes can be extracted from electroencephalographic activity. The N2pc, a lateralized component characterised by a negative deflection between 180 – 300 ms post-stimulus in the posterior electrodes of the hemisphere contralateral to the attended visual hemifield, reflects processes associated to the deployment of visuospatial attention. Previous studies have identified numerous factors, both from bottom-up and top-down influences, capable of modulating this component. The present study expands our understanding of attention on the processing of information from within and between receptive fields in the extrastriate visual cortex. Particularly, the present study shows that attention can be dissociated from salient items when these are dissimilar to the target and that their influence is eliminated when this particular item is located within the same receptive field as the attended item. Additionally, this study recognizes the influence of early and late target-filter processes on attentional selection.

Nous ne pouvons tout voir. L'attention, notre capacité à filtrer et moduler les informations, nous permet d'interagir de façon efficace avec le monde. Nous avons utilisé une technique non-invasive de modulation de l'activité cérébrale, la Stimulation Magnétique Transcrânienne (SMT) pour manipuler l'activité d'une région clé du réseau de l'attention spatiale, le champ oculomoteur frontal (FEF) droit. L'accent est mis sur les connexions anatomiques observées en IRM de diffusion sous-tendant la modulation de la perception visuelle. Après avoir présenté nos connaissances tirées de données comportementales, physiologiques et anatomiques ainsi que les techniques utilisées, nous présentons nos études qui montrent une amélioration des performances visuelles après des impulsions simples ou des trains d'impulsions de SMT à une fréquence spécifique (30Hz) appliqués sur le FEF droit juste avant l'apparition d'une cible visuelle. Nous examinons ensuite si des différences interindividuelles de connectivité anatomique influencent la modulation perceptive induite par SMT. Nous décrivons un faisceau fronto-tectal qui connecte le FEF avec le colliculus supérieurs et montrons que la probabilité de connexion entre ces deux régions dans l'hémisphère droit influence la contribution du FEF sur la détection visuelle. Nous décrivons aussi les trois branches du faisceau longitudinal supérieur et démontrons l'influence de la 1ère branche dans l'hémisphère droit sur la modulation visuelle induite par des trains de SMT à 30 Hz. Ces résultats suggèrent un rôle important de la connectivité anatomique dans la possibilité de synchroniser les aires d'un réseau à une fréquence spécifique. / We are unable to see everything. Attention, our ability to filter, select and modulate information, allows us to interact efficiently with the world. We employed a non-invasive brain stimulation technique, the Transcranial Magnetic Stimulation (TMS), to manipulate in humans the activity of a key area of the attentional network, the right Frontal Eye Field (FEF). Our work focuses on the characterization with diffusion MRI of anatomical connections and their role underlying the modulation of visual perception. We first introduce previous behavioral, physiological and anatomical findings and the techniques used in our work. We then present evidence showing an improvement of visual performances tied to activity patterns consisting in either single pulses or frequency-specific rhythmic TMS bursts (30Hz) applied over the right FEF, prior to the onset of a visual target. We also examine whether inter-individual differences in white matter connectivity could influence the modulatory role that the FEF exerts on visual perception. We describe a fronto-tectal pathway connecting the FEF with the superior colliculus and show that the probability of connection between these two sites in the right hemisphere influences the FEF contributions to visual detection. We also characterize the three branches of the superior longitudinal fasciculus connecting frontal and parietal lobes and demonstrate an influence of its first branch in the right hemisphere on visual modulation induced by frequency-specific TMS bursts. Our results suggest a crucial role in the modulation of visual perception of the anatomical connectivity to synchronize areas of a network at a specific frequency.

Le phénomène de Clignement Attentionnel (Attentional Blink, AB), fait référence à une diminution transitoire du rapport exact d’une deuxième cible (C2) si celle-ci est présentée trop tôt après une première cible (C1) lors d’une présentation visuelle sérielle rapide (rapid serial visual presentation, RSVP), et ce, quand les deux cibles doivent être rapportées. Cette étude a examiné l’existence possible d’asymétries hémisphèriques dans le traitement attentionnel ainsi que l’éventualité que la présentation de cibles à deux hémisphères différents puisse diminuer le AB chez des participants neurologiquement sains et l’abolir dans le cas d’un patient callosotomisé. Pour ce faire, nous avons employé un paradigme modifié du AB dans lequel les cibles pouvaient apparaître dans n’importe quelle de quatre RSVP, une dans chaque quadrant du champ visuel, pour permettre des essais dans lesquels les deux cibles puissent être présentées au même hémisphère et d’autres où chaque cible était présentée à un hémisphère différent. Bien que nous n’ayons trouvé aucune diminution de l’effet AB lors de présentation inter-hémisphérique, dans les deux populations à l’étude, le taux de bonnes réponses globales à la deuxième cible était plus élevé quand les cibles étaient présentées à des hémisphères différents. Nous avons également trouvé un avantage de l’hémisphère gauche chez le patient callosotomisé. / The Attentional Blink (AB) refers to a transient impairment in the accurate report of a second target (T2) if it closely follows the presentation of a first target (T1) in a rapid serial visual presentation (RSVP), when both targets must be reported. This study investigated both the possibility of hemispheric asymmetries of attentional processes as well as the possibility that presenting targets to different hemispheres could diminish the AB in neurologically intact participants and abolish it in the case of a split-brain patient. To do so, a modified AB paradigm was used in which targets could appear in any of four simultaneous RSVP streams, one in each quadrant of the visual field, so as to have trials in which both targets were presented to the same hemispheres and trials in which targets were presented to different hemispheres. Although no evidence of a diminished AB was observed by presenting targets to separate hemispheres, in both neurologically intact individuals and the split-brain patient, overall accuracy was higher when targets were presented to separate hemispheres. A left hemisphere advantage was only observed in the split-brain patient.

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

L’attention et l’Adaptation Saccadique (AS) sont des composants essentiels de la perception visuelle, le premier renforce le traitement sensoriel des items sélectionnés, le second maintient la précision des mouvements des yeux vers ceux-ci. Ils partagent aussi une dichotomie : les saccades volontaires et l’orientation endogène de l’attention suivent nos buts internes tandis que les saccades réactives et l’orientation exogène répondent aux changements soudains dans l’espace visuel. Leurs substrats neuronaux se superposent en partie. Enfin, chacun impacte l’autre au niveau comportemental. Ce travail de doctorat étudie l’hypothèse d’un couplage fonctionnel entre attention et AS.Toutes nos études chez l’humain sain reposent sur la mesure des performances attentionnelles avant et après l’exposition à l’AS (ou contrôle). Dans la première nous avons exploré les bases neurophysiologiques du couplage réactif/exogène en magnétoencéphalographie. Dans la suivante nous avons comparé l’orientation exogène mesurée par un paradigme de Posner avant et après AS réactive. La dernière, basée sur le même modèle, explorait la modalité volontaire/endogène. Nos résultats montrent que l’AS augmente l’activité oscillatoire gamma et renforce l’orientation de l’attention spatiale. Nous proposons que le couplage repose sur la co-activation de populations neuronales par la plasticité oculomotrice et l’attention au niveau du Cortex Pariétal Postérieur (CPP). Cette activation émerge initialement d’un double effet du cervelet qui inhibe le CPP gauche et active le CPP droit. Cet effet augmente la dominance hémisphérique droite et le biais attentionnel vers la gauche. Notre travail ouvre des perspectives de rééducation des déficits visuo-attentionels / Attention and Saccadic Adaptation (SA) are critical components of visual perception, the former enhancing sensory processing of selected objects, the latter maintaining the eye movements accuracy towards them. Also, a similar dichotomy could be applied to both: voluntary saccades and endogenous attentional shifts follow internal goals while reactive saccades and exogenous shifts are elicited by sudden changes in the environment. Further, their neural substrates partially overlap and they impact each other behaviorally. This PhD work investigates the hypothesis of a functional coupling linking attention and SA in healthy humans. Our experimental contributions all rely on the measurement of attentional performances before and after an exposure to SA (or control). In the first study, we recorded brain magnetic fields to investigate neurophysiological bases of the reactive/exogenous coupling. In the second study, we compared exogenous orienting measured in a Posner-like paradigm before and after reactive SA. Finally, using the same design, the third experiment investigated the voluntary/endogenous modality. We found that SA increased gamma band activity and boosted the orienting of spatial attention. We thus propose that this functional coupling relies on neuronal populations co-activated by both oculomotor plasticity and attention in the Posterior Parietal Cortex (PPC). The initial activation would emerge from a dual effect of the cerebellum inhibiting the left PPC and activating the right PPC. This effect would increase the right hemispheric dominance and the leftward attentional bias. This work opens new perspectives for the rehabilitation of visuoattentional deficits

Le phénomène de Clignement Attentionnel (Attentional Blink, AB), fait référence à une diminution transitoire du rapport exact d’une deuxième cible (C2) si celle-ci est présentée trop tôt après une première cible (C1) lors d’une présentation visuelle sérielle rapide (rapid serial visual presentation, RSVP), et ce, quand les deux cibles doivent être rapportées. Cette étude a examiné l’existence possible d’asymétries hémisphèriques dans le traitement attentionnel ainsi que l’éventualité que la présentation de cibles à deux hémisphères différents puisse diminuer le AB chez des participants neurologiquement sains et l’abolir dans le cas d’un patient callosotomisé. Pour ce faire, nous avons employé un paradigme modifié du AB dans lequel les cibles pouvaient apparaître dans n’importe quelle de quatre RSVP, une dans chaque quadrant du champ visuel, pour permettre des essais dans lesquels les deux cibles puissent être présentées au même hémisphère et d’autres où chaque cible était présentée à un hémisphère différent. Bien que nous n’ayons trouvé aucune diminution de l’effet AB lors de présentation inter-hémisphérique, dans les deux populations à l’étude, le taux de bonnes réponses globales à la deuxième cible était plus élevé quand les cibles étaient présentées à des hémisphères différents. Nous avons également trouvé un avantage de l’hémisphère gauche chez le patient callosotomisé. / The Attentional Blink (AB) refers to a transient impairment in the accurate report of a second target (T2) if it closely follows the presentation of a first target (T1) in a rapid serial visual presentation (RSVP), when both targets must be reported. This study investigated both the possibility of hemispheric asymmetries of attentional processes as well as the possibility that presenting targets to different hemispheres could diminish the AB in neurologically intact participants and abolish it in the case of a split-brain patient. To do so, a modified AB paradigm was used in which targets could appear in any of four simultaneous RSVP streams, one in each quadrant of the visual field, so as to have trials in which both targets were presented to the same hemispheres and trials in which targets were presented to different hemispheres. Although no evidence of a diminished AB was observed by presenting targets to separate hemispheres, in both neurologically intact individuals and the split-brain patient, overall accuracy was higher when targets were presented to separate hemispheres. A left hemisphere advantage was only observed in the split-brain patient.

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

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La N2pc et la N2pb sont des composantes électrophysiologiques négatives qui reflètent le déploiement de l’attention. Nous avons examiné l'activité postérieure controlatérale induite par des cibles latérales (N2pc) et l’activité bilatérale (N2pb) induite par des cibles placées sur la ligne médiane verticale, activités qui n’avaient jamais été comparées directement. Des affichages visuels comportant des diamants de couleur saillante (éléments saillants) parmi des distracteurs étaient présentés à des participants. Les effets attentionnels furent isolés en soustrayant une condition contrôle ne contenant que des distracteurs aux conditions comportant aussi des éléments saillants. L’étude a révélé deux facteurs critiques : le nombre d’éléments saillants et l’hémichamp vertical dans lequel ils apparaissaient. Pour l’hémichamp bas, l’amplitude des composantes augmentait avec le nombre d’éléments et avaient des distributions spatiales similaires, suggérant que la N2pb agirait comme une N2pc « bilatérale », et reflèterait des générateurs similaires. Pour l’hémichamp haut, les composantes augmentaient aussi avec le nombre d’éléments, mais les distributions se sont révélées étonnamment positives et plus centrées sur le cuir chevelu, suggérant des générateurs inversés pour les deux champs visuels. Enfin, le décalage de 50 ms enregistré entre l'activité ipsilatérale et controlatérale explique l’onde différentielle biphasique créée par la soustraction « contra minus ipsi ». Une N2pc négative plus petite précédemment rapportée pour les stimuli de l'hémichamp haut reflétait probablement le lobe négatif de cette onde différentielle biphasique (dominée par la réponse ipsilatérale). Ces résultats appellent à une séparation systématique des données entre les champs haut et bas dans les études portant sur l'attention visuo-spatiale. / N2pc and N2pb are negative ERP components reflecting attentional deployment but have never been directly compared. We explored to what extent they reflect similar underlying mechanisms of attention by comparing the contralateral activity elicited by lateral oddballs (N2pc) to the bilateral signal (N2pb) elicited by vertical midline oddballs. In different tasks, we used a multi-frame procedure to present pop-out color diamonds (oddballs) among distractors. A homogeneous condition contained only distractors (0 oddballs) and served as a control condition that was subtracted from oddball-present conditions to isolate attention effects. The number of oddballs (1, 2, or 3) and the vertical hemifield containing them (upper vs. lower) were two critical factors. For the lower hemifield, the signal amplitude increased with the number of oddballs, otherwise had similar effects and scalp distributions, suggesting N2pb acts as a bilateral N2pc and likely reflects similar underlying generators. For the upper hemifield, they also both increased with the number of oddballs, but the scalp distributions were positive and more centered, suggesting inverted generators across the two vertical hemifields. Ipsilateral activity occurred about 50 ms after contralateral activity and of a similar magnitude, producing a biphasic contra minus ipsi difference wave. Previously reported smaller negative N2pc components for upper hemifield stimuli likely reflected the negative lobe of this biphasic difference wave (dominated by the ipsilateral response). The results compel us to argue for the importance of a systematic separation of data for upper vs. lower hemifields in studies of visuo-spatial attention.