Dans cette thèse, on étudie la criticalité quantique ferromagnétique dans trois composés ternaires à base d'uranium, par des mesures thermodynamiques et de transport sur des échantillons monocristallins, à basse température et sous haute pression. URhSi et URhAl sont des systèmes ferromagnétiques itinérants, tandis que UCoAl est un système paramagnétique étant proche d'une instabilité ferromagnétique. Tous ont une phase ordonnée de type Ising. Dans le composé orthorhombique URhSi, on montre que la température de Curie diminue lorsqu'un champ magnétique est appliqué perpendiculairement à l'axe facile d'aimantation, et une transition de phase quantique est attendue autour de 40~T. Dans le système hexagonal URhAl, on établit le diagramme de phase pression--température pour la première fois, lequel indique une transition de phase quantique vers 5~GPa. Dans le composé isostructural UCoAl, on étudie la transition métamagnétique par des mesures d'aimantation, d'effet Hall, de résistivité et de dichroïsme circulaire magnétique des rayons X. On observe des phénomènes de relaxation magnétique intrigants, avec des sortes de marches. L'effet Hall et la résistivité ont été mesurés à des températures de réfrigérateur à dilution, sous pression hydrostatique jusqu'à 2,2~GPa, et sous champ magnétique jusqu'à 16~T. La transition métamagnétique se termine sous pression et champ magnétique au niveau d'un point critique quantique terminal. Dans cette région, il se produit une forte augmentation de la masse effective, et une différence intrigante entre champ montant et descendant apparaît dans la résistivité transverse. Ce pourrait être la signature d'une nouvelle phase, éventuellement reliée aux phénomènes de relaxation observés dans les mesures d'aimantation, et résultant de frustrations au sein du réseau quasi-Kagomé que forment les atomes d'uranium dans cette structure cristalline. / In this thesis we explore the ferromagnetic quantum criticality in three uranium-based ternary compounds, by means of thermodynamical and transport measurements on single crystal samples, at low temperature and high pressure. URhSi and URhAl are itinerant ferromagnets, while UCoAl is a paramagnet being close to a ferromagnetic instability. All of them have Ising-type magnetic ordering. In the orthorhombic compound URhSi, we show that the Curie temperature decreases upon applying a magnetic field perpendicular to the easy magnetization axis, and a quantum phase transition is expected around 40~T. In the hexagonal system URhAl, we establish the pressure--temperature phase diagram for the first time, indicating a quantum phase transition around 5~GPa. In the isostructural compound UCoAl, we investigate the metamagnetic transition with measurements of magnetization, Hall effect, resistivity and X-ray magnetic circular dichroism. Some intriguing magnetic relaxation phenomena are observed, with step-like features. Hall effect and resistivity have been measured at dilution temperatures, under hydrostatic pressure up to 2.2 GPa and magnetic field up to 16~T. The metamagnetic transition terminates under pressure and magnetic field at a quantum critical endpoint. In this region, a strong effective mass enhancement occurs, and an intriguing difference between up and down field sweeps appears in transverse resistivity. This may be the signature of a new phase, supposedly linked to the relaxation phenomena observed in magnetic measurements, arising from frustration on the quasi-Kagome lattice of uranium atoms in this crystal structure.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Dans cette thèse, nous étudions des problématiques de graphes et de jeux combinatoires. Il existe de nombreux liens entre ces deux domaines : ainsi, les jeux sont un bon moyen de modéliser une opposition dans un problème d'optimisation, et dans l'autre sens plusieurs jeux classiques sont définis sur les graphes. Nous allons étudier deux problèmes de graphes et adapter des jeux combinatoires classiques pour y jouer sur des graphes. Dans un premier temps, nous étudions un problème de criticalité. Un graphe qui vérifie une certaine propriété, mais tel qu'une simple modification (ajout ou suppression d'arête ou de sommet) la lui fait perdre est appelé critique pour cette propriété. Nous nous intéressons au problème des graphes critiques pour la propriété ≪ avoir un diamètre égal à 2 ≫, appelés graphes D2C. La conjecture de Murty-Simon donne une borne supérieure sur le nombre d'arêtes d'un graphe D2C en fonction de son nombre de sommets. Or, des recherches récentes laissent supposer que cette borne peut être améliorée pour les graphes D2C non-bipartis. Nous démontrons donc une borne amoindrie pour une sous-famille de graphes D2C. Dans un deuxième temps, nous considérons un problème d'identification, laquelle consiste à assigner une étiquette à toutes les arêtes ou à tous les sommets d'un graphe, cette assignation devant engendrer une étiquette différente pour chaque sommet. Nous définissons une coloration d'arêtes par des ensembles d'entiers induisant une identification des sommets, et démontrons que cette coloration nécessite au plus un nombre logarithmique d'entiers par rapport à l'ordre du graphe pour l'identifier. Ce résultat est mis en comparaison avec d'autres types de colorations identifiantes, qui nécessitent dans le pire des cas un nombre linéaire d'entiers pour identifier tous les sommets. Dans un troisième temps, nous étudions des jeux de suppression de sommets, qui sont des jeux dans lesquels deux joueurs suppriment d'un graphe des sommets en respectant certaines règles prédéfinies, le premier joueur incapable de jouer perdant la partie. Nous proposons un cadre global pour l'étude de nombreux jeux de suppression de sommets dans les graphes, qui inclut plusieurs jeux classiques comme Arc-Kayles et permet une généralisation des jeux de soustraction et des jeux octaux sur les graphes. Dans leur définition classique, ces jeux ont généralement des comportements réguliers : tous les jeux de soustraction finis sont ultimement périodiques et il est conjecture que c'est également le cas des jeux octaux. Nous étudions plus spécifiquement les jeux de soustraction connexes CSG(S), dans lesquels les joueurs peuvent supprimer k sommets induisant un sous-graphe connexe sans déconnecter le graphe si k ∈ S (avec S fini). Nous démontrons que tous ces jeux sont ultimement périodiques, dans le sens ou pour un graphe et un sommet donnés, un chemin attaché à ce sommet peut être réduit à partir d'un certain rang sans modifier la valeur de Grundy du graphe pour le jeu. Nous trouvons également des résultats de périodicité pure, en particulier sur les étoiles subdivisées : pour certains ensembles S, les chemins des étoiles peuvent être réduits à leur longueur modulo une certaine période sans changer l'issue du jeu. Enfin, nous définissons une variante pondérée de Arc-Kayles, appelée Weighted Arc-Kayles (ou WAK), dans laquelle les joueurs doivent sélectionner une arête pour réduire le poids de ses extrémités, les sommets ayant un poids nul étant supprimés du graphe. Nous montrons une réduction entre WAK et Arc-Kayles, puis que les valeurs de Grundy de WAK sont non-bornées, ce qui répond à une question ouverte sur Arc-Kayles. Nous montrons également que les valeurs de Grundy de WAK sont ultimement périodiques lorsque tous les poids du graphe sauf un sont fixes / In this thesis, we study both graphs and combinatorial games. There are several links betweenthose two domains : games are useful for modeling an opponent in optimization problems on graphs,and in the other direction several classical games are played on graphs. We will study two graphproblems and adapt some classical combinatorial games to be played on graphs.In a first chapter, we study a criticality problem. A graph that verifies some property, and suchthat any modification (vertex or edge addition or deletion) breaks the property is called critical forthis property. We focus on the critical graphs for the property "having diameter 2", called D2Cgraphs. The Murty-Simon conjecture gives an upper bound on the number of edges in a D2C graphwith a given number of vertices. However, recent research suggests that this bound can be improvedfor non-bipartite D2C graphs. We show the validity of this approach by proving a smaller upperbound for a subfamily of non-bipartite D2C graphs.In a second chapter, we consider an identification problem. Identification consists in assigningsome data to every edge or vertex of a graph, such that this assignment induces a label to everyvertex with the added condition that two distinct vertices must have a different label. We definean edge-coloring using sets of integers inducing an identification of the vertices, and prove that thiscoloring requires at most a logarithmic number of integers (with respect to the order of the graph)in order to successfully identify the vertices. This result is compared with other identifying colorings,for which the number of colors required to successfully identify the vertices can be linear with respectto the order of the graph.In order to show the link between graphs and games, we adapt a well-known family of games tobe played on graphs. We propose a general framework for the study of many vertex deletion games(which are games in which the players delete vertices from a graph under predefined rules) such asArc-Kayles. This framework is a generalization of subtraction and octal games on graphs. In theirclassical definition, those games exhibit a high regularity : all finite subtraction games are ultimatelyperiodic, and Guy conjectured that this is also true for all finite octal games.We specifically study the connected subtraction games CSG(S) (with S being a finite set). Inthose games, the players can remove k vertices from a graph if and only if they induce a connectedsubgraph, the graph remains connected after their deletion, and k ∈ S. We prove that those gamesare all ultimately periodic, in the sense that for a given graph and vertex, a path attached to thisvertex can be reduced (after a certain preperiod) without changing the Grundy value of the graph forthe game. We also prove pure periodicity results, mostly on subdivided stars : for some sets S, thepaths of a subdivided star can be reduced to their length modulo a certain period without changingthe outcome of the game.Finally, we define a weighted version of Arc-Kayles, called Weighted Arc-Kayles (WAKfor short). In this game, the players select an edge and reduce the weight of its endpoints. Verticeswith weight 0 are removed from the graph. We show a reduction between WAK and Arc-Kayles,then we prove that the Grundy values of WAK are unbounded, which answers an open question onArc-Kayles. We also prove that the Grundy values of WAK are ultimately periodic if we fix allbut one of the weights in the graph

Dans le travail présenté ici, la diffusion inélastique des neutrons est utilisée pour étudier les excitations magnétiques des systèmes à fermions lourds Ce(1-x)La(x)Ru2Si2 et CeIn(3-x)Sn(x). Une première partie expérimentale est consacrée au système Ce(1-x)La(x)Ru2Si2. Les fluctuations magnétiques du composé de concentration critique xc = 7.5 % et du composé paramagnétique de concentration x = 0 % sont d'abord étudiées. On obtient i) que les fluctuations magnétiques de ces deux alliages saturent aux basses températures, et ii) qu'aux hautes températures la susceptibilité dynamique suit une loi d'échelle en E/T^b avec b < 1. Ces résultats ne rentrent pas dans le cadre des théories sur les transitions de phase quantiques : en effet, i) ces théories prévoient que les fluctuations divergent à la transition, et ii) seuls des exposants b > 1 peuvent être obtenus dans de tels modèles. Une étude des composés ordonnés de concentrations x > xc permet de conclure que les fluctuations corrélées antiferromagnétiquement sont les fluctuations critiques qui gouvernent la transition de phase quantique, bien qu'elles ne divergent pas à l'instabilité magnétique. La deuxième partie consiste en l'étude du système CeIn(3-x)Sn(x). Le spectre des excitations de CeIn3 illustre la dualité des systèmes à fermions lourds : le caractère localisé des électrons f se manifeste par des ondes de spin très bien définies alors que leur caractère itinérant se traduit par un fort élargissement de l'excitation de champ cristallin. Une étude du spectre des excitations d'une poudre du composé de concentration critique xc = 0.6 semble par ailleurs indiquer que les fluctuations magnétiques saturent aux basses températures.

Dans ce travail de thèse, nous avons entrepris une analyse rigoureuse du concept de transition de phase et de sa pertinence pour aborder la dynamique non linéaire et invariante d'échelle des objets géologiques. En particulier, nous tentons de définir clairement les ingrédients nécessaires et les implications d'un état critique pour un système, et étudions dans quelle mesure ces ingrédients sont compatibles avec les caractéristiques géomécaniques des objets géologiques. Nous passons également en revue les approches récemment proposées pour aborder la rupture des matériaux, la déformation de la croûte ou le glissement sur une faille, en terme de transition de phase. Nous portons notre intérêt non seulement sur le concept d'état critique, mais aussi sur d'autres mécanismes susceptibles de générer des lois d'échelle. Nous utilisons ensuite ce formalisme pour étudier trois exemples concrets: la mécanique des éruptions dans un volcan, la fracturation d'un réservoir d'hydrocarbure et la déformation viscoplastique d'un échantillon de glace. La variété de ces exemples illustre la généralité et la puissance d'analyse du concept de transition de phase pour aborder la mécanique des objets géologiques. D'abord, nous proposons pour les volcans basaltiques un modèle de réservoir composé d'un grand nombre de lentilles de magma en interaction, dans lequel une éruption résulterait d'un phénomène de cascade initié par de faibles perturbations. Ce modèle est en accord avec les données du Piton de la Fournaise. Ensuite, nous isolons sur un site d'extraction d'hydrocarbure l'effet d'une variation basse fréquence de la vitesse de chargement du milieu sur son mode de fracturation (diffus/localisé). Nous discutons les implications de cet effet tant en termes industriels que pour la mécanique des séismes. Enfin, nous montrons que la déformation viscoplastique d'un matériau par mouvements de dislocations peut s'interpréter, comme la déformation cassante, dans le cadre des transitions de phase.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La complexité de la connaissance humaine est révèlée dans l'organisation spatiale et temporelle de la dynamique du cerveau. Nous pouvons connaître cette organisation grâce à l'analyse des signaux dépendant du niveau d'oxygène sanguin (BOLD), lesquels sont obtenus par l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Nous observons des dépendances statistiques entre les régions du cerveau dans les données BOLD. Ce phénomène s' appelle connectivité fonctionnelle (CF). Des modèles computationnels sont développés pour reproduire la connectivité fonctionnelle (CF). Comme les études expérimentales précédantes, ces modèles assument que la CF est stationnaire, c'est-à-dire la moyenne et la covariance des séries temporelles BOLD utilisées par la CF sont constantes au fil du temps. Cependant, des nouvelles études expérimentales concernées par la dynamique de la CF à différentes échelles montrent que la CF change dans le temps. Cette caractéristique n'a pas été reproduite dans ces modèles computationnels précédants. Ici on a augmenté la non-linéarité de la dynamique locale dans un modèle computationnel à grande échelle. Ce modèle peut reproduire la grande variabilité de la CF observée dans les études expérimentales. / The complexity of human cognition is revealed in the spatio-temporal organization of brain dynamics. We can gain insight into this organization through the analysis of blood oxygenation-level dependent (BOLD) signals, which are obtained from functional magnetic resonance imaging (fMRI). In BOLD data we can observe statistical dependencies between brain regions. This phenomenon is known as functional connectivity (FC). Computational models are being developed to reproduce the FC of the brain. As in previous empirical studies, these models assume that FC is stationary, i.e. the mean and the covariance of the BOLD time series used for the FC are constant over time. Nevertheless, recent empirical studies focusing on the dynamics of FC at different time scales show that FC is variable in time. This feature is not reproduced in the simulated data generated by some previous computational models. Here we have enhanced the non-linearity of local dynamics in a large-scale computational model. By enhancing this non-linearity, our model is able to reproduce the variability of the FC found in empirical data.

Deux systèmes biologiques distincts, les muscles squelettiques et les sites d'adhésion de cellules kératocytes en mouvement, sont considérés dans un même cadre en raison de la similitude profonde de leur structure et de leur fonctionnalité. La réponse passive de l'un et de l'autre peut être modélisée à l'aide d'un grand nombre d'unités multi-stables couplées par des interactions à longue portée, et exposées à un désordre spatial fixé et un bruit thermique/mécanique. Les interactions à longue portée dans de tels systèmes conduisent à une synchronisation malgré les fluctuations temporelles et spatiales. Bien que les deux systèmes biologiques considérés présentent des différences structurelles importantes, nous montrons que l'on peut identifier une structure de verre de spin sous-jacente commune. À la lumière de cette analogie, ces systèmes vivants semblent être proches de points critiques et, à cet égard, le désordre gelé, reflétant l’incommensurabilité stérique des unités parallèles, peut être fonctionnel. Un autre paramètre important fixant la réponse est la rigidité interne du système qui couple les unités entre elles. / Two biological systems, a half-sarcomere of a skeletal muscle and an adhesive cluster of a crawling keratocyte, are considered in parallel because of the deep similarity in their structure and functionality. Their passive response can be modeled by a large number of multi-stable units coupled through long-range interactions, frustrated by quenched disorder and exposed to thermal noise. In such systems, long-range interactions lead to synchronization, defying temporal and spatial fluctuations. We use a mean-field description to obtain analytic results and elucidate the remarkable ensemble-dependence of the mechanical behavior of such systems in the thermodynamic limit. Despite important structural differences between muscle cross-bridges and adhesive binders, one can identify a common underlying spin glass structure, which we fully exploit in this work. Our study suggests that the muscle machinery is fine-tuned to operate near criticality, and we argue that in this respect the quenched disorder, reflecting here steric incommensuration, may be functional. We use the analogy between cell detachment and thermal fracture of disordered solids to study the statistics of fluctuations during cellular adhesion. We relate the obtained results to recent observations of intermittent behavior involved in cell debonding, also suggesting near-criticality. In addition to the study of the equilibrium properties of adhesive clusters, we also present the first results on their kinetic behavior in the presence of time-dependent loading.

L’émergence de la complexité, et de la vie en particulier, demeure l’une des énigmes les plus complexes pour la science moderne. Des travaux récents ont souligné la pertinence d’un apport de la physique statistique et de la théorie des phénomènes critiques — et en particulier de la théorie des phénomènes à criticalité auto-régulée — relativement à ces champs d’intérêt, tout autant que du rôle des phénomènes de coopération biochimique dans les premiers instants du vivant. La description des mécanismes par lesquels la vie a pu apparaître est par ailleurs d’un intérêt pratique pour l’astrophysique, puisque notre compréhension de ceux-ci module la manière dont l’analyse de biosignatures s’effectue dans le cadre de la recherche de la vie ailleurs dans l’Univers. L’analyse proposée ici porte sur un modèle en théorie des jeux permettant d’étudier les phénomènes de coopération implémenté dans un contexte spatial servant à émuler la dynamique d’un système ayant pu voir apparaître la vie. Une analyse de l’espace des paramètres du modèle révèle que celui-ci affiche des phénomènes de transition de phase et d’auto-organisation de structures spatiales, ces éléments se révélant des adjuvants à l’émergence de la coopération entre joueurs a priori égoïstes, dans un contexte qui à prime abord n’est pas d’emblée favorable à l’apparition de comportements coopératifs. Les résultats obtenus ici semblent supporter que la coopération biochimique puisse apparaître via un phénomène de transition de phase et que le modèle sous-jacent de dilemme du prisonnier itéré sur réseau présenté ici agit comme un système à criticalité autorégulée. / The emergence of complexity, and of life more specifically, is still one of the most intractable conundrums for modern science. Recent work emphasized the relevance of statistical physics and critical phenomena theory’s contribution to those questions — especially of self-organized criticality theory — just as much as the role of biochemical cooperation in life’s first moments. Moreover, the description of the mechanisms by which life could have appeared is of particular interest for astrophysics, because our comprehension of those mechanisms influences how biosignatures are analyzed in the context of the search for life elsewhere in the Universe. The analysis presented here concerns a model in game theory that allows to study cooperation phenomena — implemented in spatial context as to emulate the dynamics of a system in which life could have appeared. An analysis of the model’s parameter space reveals that it displays phase transition and self-organization of spatial structures phenomenon, those elements being adjuvants to the emergence of cooperation between a priori egoist players, in a context that is initially not favorable to the emergence of cooperative behavior. The results obtained here thus seem to support the idea that both biochemical cooperation can emerge through phase transition phenomena, and that the underlying lattice iterated prisoner’s dilemma model used here behaves like a self-organized critical system.

Environ 25% de la population mondiale est atteinte de troubles psychiatriques qui sont typiquement associés à des problèmes comportementaux, fonctionnels et/ou cognitifs et dont les corrélats neurophysiologiques sont encore très mal compris. Non seulement ces dysfonctionnements réduisent la qualité de vie des individus touchés, mais ils peuvent aussi devenir un fardeau pour les proches et peser lourd dans l’économie d’une société. Cibler les mécanismes responsables du fonctionnement atypique du cerveau en identifiant des biomarqueurs plus robustes permettrait le développement de traitements plus efficaces. Ainsi, le premier objectif de cette thèse est de contribuer à une meilleure caractérisation des changements dynamiques cérébraux impliqués dans les troubles mentaux, plus précisément dans la schizophrénie et les troubles d’humeur. Pour ce faire, les premiers chapitres de cette thèse présentent, en intégral, deux revues de littératures systématiques que nous avons menées sur les altérations de connectivité cérébrale, au repos, chez les patients schizophrènes, dépressifs et bipolaires. Ces revues révèlent que, malgré des avancées scientifiques considérables dans l’étude de l’altération de la connectivité cérébrale fonctionnelle, la dimension temporelle des mécanismes cérébraux à l’origine de l’atteinte de l’intégration de l’information dans ces maladies, particulièrement de la schizophrénie, est encore mal comprise. Par conséquent, le deuxième objectif de cette thèse est de caractériser les changements cérébraux associés à la schizophrénie dans le domaine temporel. Nous présentons deux études dans lesquelles nous testons l’hypothèse que la « disconnectivité temporelle » serait un biomarqueur important en schizophrénie. Ces études explorent les déficits d’intégration temporelle en schizophrénie, en quantifiant les changements de la dynamique neuronale dite invariante d’échelle à partir des données magnétoencéphalographiques (MEG) enregistrés au repos chez des patients et des sujets contrôles. En particulier, nous utilisons (1) la LRTCs (long-range temporal correlation, ou corrélation temporelle à longue-distance) calculée à partir des oscillations neuronales et (2) des analyses multifractales pour caractériser des modifications de l’activité cérébrale arythmique. Par ailleurs, nous développons des modèles de classification (en apprentissage-machine supervisé) pour mieux cerner les attributs corticaux et sous-corticaux permettant une distinction robuste entre les patients et les sujets sains. Vu que ces études se basent sur des données MEG spontanées enregistrées au repos soit avec les yeux ouvert, ou les yeux fermées, nous nous sommes par la suite intéressés à la possibilité de trouver un marqueur qui combinerait ces enregistrements. La troisième étude originale explore donc l’utilité des modulations de l’amplitude spectrale entre yeux ouverts et fermées comme prédicteur de schizophrénie. Les résultats de ces études démontrent des changements cérébraux importants chez les patients schizophrènes au niveau de la dynamique d’invariance d’échelle. Elles suggèrent une dégradation du traitement temporel de l’information chez les patients, qui pourrait être liée à leurs symptômes cognitifs et comportementaux. L’approche multimodale de cette thèse, combinant la magétoencéphalographie, analyses non-linéaires et apprentissage machine, permet de mieux caractériser l’organisation spatio-temporelle du signal cérébrale au repos chez les patients atteints de schizophrénie et chez des individus sains. Les résultats fournissent de nouvelles preuves supportant l’hypothèse d’une « disconnectivité temporelle » en schizophrénie, et étendent les recherches antérieures, en explorant la contribution des structures cérébrales profondes et en employant des mesures non-linéaires avancées encore sous-exploitées dans ce domaine. L’ensemble des résultats de cette thèse apporte une contribution significative à la quête de nouveaux biomarqueurs de la schizophrénie et démontre l’importance d’élucider les altérations des propriétés temporelles de l’activité cérébrales intrinsèque en psychiatrie. Les études présentées offrent également un cadre méthodologique pouvant être étendu à d’autres psychopathologie, telles que la dépression. / Psychiatric disorders affect nearly a quarter of the world’s population. These typically bring about debilitating behavioural, functional and/or cognitive problems, for which the underlying neural mechanisms are poorly understood. These symptoms can significantly reduce the quality of life of affected individuals, impact those close to them, and bring on an economic burden on society. Hence, targeting the baseline neurophysiology associated with psychopathologies, by identifying more robust biomarkers, would improve the development of effective treatments. The first goal of this thesis is thus to contribute to a better characterization of neural dynamic alterations in mental health illnesses, specifically in schizophrenia and mood disorders. Accordingly, the first chapter of this thesis presents two systematic literature reviews, which investigate the resting-state changes in brain connectivity in schizophrenia, depression and bipolar disorder patients. Great strides have been made in neuroimaging research in identifying alterations in functional connectivity. However, these two reviews reveal a gap in the knowledge about the temporal basis of the neural mechanisms involved in the disruption of information integration in these pathologies, particularly in schizophrenia. Therefore, the second goal of this thesis is to characterize the baseline temporal neural alterations of schizophrenia. We present two studies for which we hypothesize that the resting temporal dysconnectivity could serve as a key biomarker in schizophrenia. These studies explore temporal integration deficits in schizophrenia by quantifying neural alterations of scale-free dynamics using resting-state magnetoencephalography (MEG) data. Specifically, we use (1) long-range temporal correlation (LRTC) analysis on oscillatory activity and (2) multifractal analysis on arrhythmic brain activity. In addition, we develop classification models (based on supervised machine-learning) to detect the cortical and sub-cortical features that allow for a robust division of patients and healthy controls. Given that these studies are based on MEG spontaneous brain activity, recorded at rest with either eyes-open or eyes-closed, we then explored the possibility of finding a distinctive feature that would combine both types of resting-state recordings. Thus, the third study investigates whether alterations in spectral amplitude between eyes-open and eyes-closed conditions can be used as a possible marker for schizophrenia. Overall, the three studies show changes in the scale-free dynamics of schizophrenia patients at rest that suggest a deterioration of the temporal processing of information in patients, which might relate to their cognitive and behavioural symptoms. The multimodal approach of this thesis, combining MEG, non-linear analyses and machine-learning, improves the characterization of the resting spatiotemporal neural organization of schizophrenia patients and healthy controls. Our findings provide new evidence for the temporal dysconnectivity hypothesis in schizophrenia. The results extend on previous studies by characterizing scale-free properties of deep brain structures and applying advanced non-linear metrics that are underused in the field of psychiatry. The results of this thesis contribute significantly to the identification of novel biomarkers in schizophrenia and show the importance of clarifying the temporal properties of altered intrinsic neural dynamics. Moreover, the presented studies offer a methodological framework that can be extended to other psychopathologies, such as depression.