Les modèles actuels de perception de la parole suggèrent un couplage étroit entre les rythmes cérébraux, caractérisés par les oscillations neuronales, et le rythme de la parole, permettant de segmenter le flux verbal continu en unités linguistiques pertinentes pour la reconnaissance. En particulier, les modulations lentes d’amplitude de l’enveloppe temporelle de la parole, véhiculant l’information syllabique et prosodique, sont capables d’« entrainer » les oscillations corticales auditives dans la bande de fréquence thêta (4-7 Hz), échantillonnant le signal verbal en unités syllabiques. L’information temporelle qui caractérise la parole joue un rôle fondamental dans l’acquisition et le développement du langage ; un déficit de traitement des indices rythmiques de la parole a d’ailleurs été décrit dans les troubles développementaux du langage. L’objectif de ce travail de thèse était de mieux comprendre les processus neurocognitifs sous-tendant la perception du rythme de la parole naturelle chez l’enfant présentant un développement langagier typique ou atypique (dysphasie) dans trois études. Une première étude en magnétoencéphalographie (MEG) a permis de dévoiler la dynamique corticale oscillatoire chez des enfants francophones neurotypiques (8-13 ans) lors de l’écoute de phrases naturellement produites à un débit normal ou rapide. Nos résultats suggèrent l’existence de deux phénomènes d’« entrainment » des oscillations sur l’enveloppe temporelle de la parole à débit normal, l’un dans la bande thêta au sein des régions auditives droites, l’autre dans une bande centrée sur le débit syllabique moyen des stimuli dans les régions temporales antérieures gauches. Dans la condition de parole rapide, une synchronisation cortico-acoustique a été mise en évidence dans la bande thêta au sein des régions (pré)motrices gauches, reflétant le rôle de la voie dorsale d’intégration sensori-motrice dans les conditions d’écoute difficiles mais aussi dans le développement du langage oral. Les deux études suivantes ont été réalisées chez des enfants présentant une dysphasie expressive (8-13 ans) afin de tester l’hypothèse d’un trouble de traitement du rythme syllabique chez ces enfants, potentiellement sous-tendu par une dynamique corticale oscillatoire atypique. Dans une étude comportementale, nous avons évalué les capacités des enfants dysphasiques à décoder de la parole naturellement produite à débit normal ou rapide, ou accélérée artificiellement. Nous avons montré des performances réduites chez ces enfants, en regard d’enfants neurotypiques, pour traiter des phrases accélérées naturellement et artificiellement, suggérant un déficit d’extraction du rythme de la parole lorsque la fréquence des modulations de l’enveloppe temporelle augmente. Une étude en MEG, identique à celle réalisée chez les enfants neurotypiques, nous a permis d’apporter de premiers éléments en faveur de cette interprétation en révélant un traitement cortical atypique de l’information syllabique dans la dysphasie, qui pourrait rendre compte des troubles phonologiques et morpho-syntaxiques souvent décrits dans ce trouble neuro-développemental. Une synchronisation réduite des oscillations thêta du cortex auditif a ainsi été mise en évidence chez les enfants dysphasiques par rapport à leurs pairs lors de la perception de parole à débit normal. L’absence d’alignement de l’activité oscillatoire des régions prémotrices sur l’enveloppe temporelle des phrases à débit rapide nous a en outre conduit à émettre l’hypothèse d’un dysfonctionnement de la voie dorsale chez ces enfants. Dans l’ensemble, ce travail de thèse fournit donc, pour la première fois à notre connaissance, des preuves expérimentales (i) de la synchronisation entre rythmes corticaux et rythme de la parole naturelle chez les enfants à développement langagier typique et (ii) d’une dynamique oscillatoire atypique lors de la perception de parole à débit normal et rapide chez les enfants dysphasiques. / Current models of speech perception suggest a close correspondence between brain rhythms, characterized by neuronal oscillations, and speech rhythm, which would allow the brain to parse the incoming speech signal into relevant linguistic units for decoding. Slow amplitude modulations in speech temporal envelope, which convey syllabic and prosodic information, have been shown to entrain oscillatory activity of auditory cortex in the theta frequency band (4-7 Hz), sampling the acoustic signal into syllable-sized units. Temporal information in speech is a foundation for oral language acquisition and development; accordingly, deficits in processing speech rhythmic cues have been described in developmental language disorders. This thesis sought to throw light on the neurocognitive processes underlying the perception of natural speech in children with typical and atypical language development (Specific Language Impairment – SLI – or Developmental Language Disorder – DLD) in three experimental studies. In a first magnetoencephalography (MEG) study, we unraveled the oscillatory dynamics in a group of French-speaking typically-developing children aged 8 to 13 years old during listening to naturally-produced sentences either at a normal or fast rate. Our results suggested two types of entrainment of cortical oscillations on the temporal envelope of normal rate speech: the first one occurred in the theta band in right auditory cortex whereas the second one was found in a frequency band centered on the mean syllabic rate of our stimuli in left anterior temporal regions. As to the fast rate condition, we showed cortico-acoustic coupling in the theta band in left (pre)motor areas, reflecting the role of the sensorimotor dorsal pathway in challenging listening conditions as well as in language development. In two other studies, we tested the hypothesis of an impairment to process speech syllabic rhythm, potentially underpinned by atypical oscillatory cortical dynamics, in children with developmental language disorders mainly at the expressive level. In a behavioral study, we examined how French-speaking children with expressive DLD (8-13 years old) processed speech naturally produced at a normal or fast rate, or artificially accelerated. Our results showed poorer performance to decode fast sentences, either accelerated naturally or artificially, in these children as compared to their typically-developing peers, which suggests a deficit in extracting speech syllabic information with increased modulation frequency in the amplitude envelope. The last study, identical to the first one in MEG conducted in typically-developing children, provided the first piece of evidence in favor of this interpretation by showing atypical cortical processing of syllabic information in children with DLD, which may account for the phonological and morpho-syntactic deficits frequently described in this developmental disorder. Reduced alignment of theta oscillatory activity in auditory cortex to normal rate speech has indeed been evidenced in children with DLD as compared to typically-developing children. Lack of synchronization of oscillations in left (pre)motor regions to amplitude envelope of fast rate sentences was also observed, which we interpreted as potential dysfunction of the dorsal stream in this population. To the best of our knowledge, the findings obtained in this thesis therefore provide first experimental evidence for (i) coupling between brain rhythms and rhythm of naturally produced speech in typically-developing children and (ii) atypical oscillatory cortical dynamics underlying normal and fast rate speech in children with developmental language disorders.

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Flow is a mental state characterised by a feeling of energised focus, complete involvement and success when fully immersed in an activity. The dimensions of and the conditions required for flow to occur have been explored in a broad spectrum of situational contexts. The close relationship between flow and peak performance sparked an interest in ways to induce flow. However, any process of flow induction requires a measure to trace the degree to which flow is in fact occurring. Self-reports of the flow experience are subjective and provide ad hoc information. Psycho-physiological measures, such as EEG, can provide objective and continuous indications of the degree to which flow is occurring. Unfortunately few studies have explored the relationships between psycho-physiological measures and flow. The present study was an attempt to determine the EEG correlates of flow under conditions of peak performance. Twenty participants were asked to perform a continuous visuomotor task 10 times. Time taken per task was used as an indicator of task performance. EEG recordings were done concurrently. Participants completed an Abbreviated Flow Questionnaire (AFQ) after each task and a Game Flow Inventory (GFI) after having finished all 10 tasks. On completion, performance times and associated flow scores were standardised where after the sample was segmented into a high flow - peak performance and a low flow - low performance level. Multi-variate analysis of variance (MANOVA) was conducted on the performance, flow and EEG data to establish that a significant difference existed between the two levels. In addition, a one-way analysis of variance between high and low flow data was conducted for all variables and main effects were established. Inter-correlations of all EEG data at both levels were then conducted across four brain sites (F3, C3, P3, O1). In high flow only, results indicated increased lobeta power in the sensorimotor cortex together with a unique EEG pattern showing beta band synchronisation between the prefrontal and sensori-motor areas and de-synchronisation between all other areas, while all other frequencies (delta, theta, alpha, lobeta, hibeta, and gamma) remained synchronised across all scalp locations. These findings supported a theoretical neuropsychological model of flow. / Psychology / D. Com. (Consulting Psychology)

Cette thèse est consacrée à l’étude de la modulation OFDM/OQAM en tant qu’alternative à la modulation OFDM. Nous traitons plus particulièrement le contexte multiusagers. De ce point de vue, les aspects de synchronisation sont déterminants. Les différentes options plus le choix de la forme d’onde sont donc examinés de ce point de vue. Un autre objectif est de montrer de manière précise comment la modulation OFDM/OQAM peut s’adapter à une transmission de type cellulaire, en prenant comme référence le système 3GPP/LTE. Les principales contributions que nous avons apportées sont : 1) Une analyse des phénomènes de désynchronisation : nous analysons l’effet de la désynchronisation, suivant les axes temporel et fréquentiel, sur les performances de l’OFDM/OQAM au récepteur. 2) Méthode de synchronisation : nous analysons une méthode de synchronisation temporelle définie dans un contexte de transmission OFDM/OQAM mono-usager et nous l’adaptons à un scénario de type multi-usagers. 3) Proposition d’un schéma d’accès multiple : nous proposons un schéma d’accès multiple basé sur la modulation OFDM/OQAM, alternatif aux techniques connues OFDMA et SC-FDMA, pour la transmission en liaison montante dans un contexte de type 3GPP/LTE. / This thesis is dedicated to the study of the OFDM/OQAM modulation as an alternative to the OFDM modulation. We treat more especially the multi-user environment. In this respect, synchronization aspects are crucial. The different options plus the choice of the waveform are examined in this point of view. Another objective is to precisely show how the OFDM/OQAM can be adapted to a cellular transmission type, taking as reference the 3GPP/LTE system. The main contributions we have made are : 1) Analysis of the desynchronization phenomena : we analyze the effect of desynchronization, according to the time and frequency axes, on the performance of OFDM/OQAM at the receiver side. 2) Synchronization method : we analyze a method of temporal synchronization defined in a single user OFDM/OQAM transmission and we adapt it to a multi-user scenario type. 3) Proposing for a multiple access scheme : we propose a multiple access scheme based on theOFDM/OQAM modulation, alternative to the known techniques OFDMA and SC-FDMA, for the UL transmission in a 3GPP/LTE context.

Cette thèse concerne l'ingénierie des systèmes complexes à partir d'une dynamique souhaitée. En particulier, nous nous intéressons aux populations d'oscillateurs et aux réseaux de régulation génétique. Dans une première partie, nous nous fondons sur une hypothèse, introduite en neurosciences, qui souligne le rôle de la synchronisation neuronale dans le traitement de l'information cognitive. Nous proposons de l'utiliser sur un plan plus large pour étudier le traitement de l'information par des populations d'oscillateurs. Nous discutons des isochrons de quelques oscillateurs classés selon leurs symétries dans l'espace des états. Cela nous permet d'avoir un critère qualitatif pour choisir un oscillateur. Par la suite, nous définissons des procédures d'impression, de lecture et de réorganisation de l'information sur une population d'oscillateurs. En perspective, nous proposons un système à couches d'oscillateurs de Wilson-Cowan. Ce système juxtapose convenablement synchronisation et désynchronisation à travers l'utilisation de deux formes de couplage: un couplage continu et un couplage par pulsation. Nous finissons en proposant une application de ce système: la détection de contours dans une image. En deuxième partie, nous proposons d'utiliser une approche par contraintes pour identifier des réseaux de régulation génétique à partir de connaissances partielles sur leur dynamique et leur structure. Le formalisme que nous utilisons est connu sous le nom de réseaux d'automates booléens à seuil ou réseaux Hopfield-semblables. Nous appliquons cette méthode, afin de déterminer le réseau de régulation de la morphogenèse florale d'Arabidopsis thaliana. Nous montrons l'absence d'unicité des solutions dans l'ensemble des modèles valides (ici, 532 modèles). Nous montrons le potentiel de cette approche dans la détermination et la classification de modèles de réseaux de régulation génétique. L'ensemble de ces travaux mène à un certain nombre d'applications, en particulier dans le développement de nouvelles méthodes de stockage de l'information et dans le design de systèmes de calcul non conventionnel. / This thesis is concerned by the engineering of complex systems from a desired dynamics. Particularly, we are interested by populations of oscillators and genetical regulatory networks. In a first part, we start from a hypothesis introduced in neuroscience, which highlight the role of neural synchronization in the cognitive processing. We propose to use this hypothesis in a more general panorama to investigate the computing with populations of oscillators. We discuss about the isochrons of few oscillators selected according to their symmetry in the state space. Therefore, we define procedures for making footprints, for reading and for reorganizing information by a population of oscillators. As a perspective, we propose a system of lattices of Wilson-Cowan oscillators organized in several interconnected layers. This system properly mixes synchronization and desynchronization by using two types of coupling : pulsed and continuous coupling. At the end of this part, we propose to use this system in order to detect the edges of an image. In the second part, we propose a constraint-based approach to determine the structure of genetic regulatory networks starting from incomplete knowledge on their structure and their dynamics. The formalism we use is widely called thresholded Boolean automata networks or Hopfield-like networks. As an proof of concept, we apply this method to determine the regulatory network of Arabidopsis thaliana flower morphogenesis. We obtain 532 valid models instead of one unique solution and then classify them by using structural robustness criteria. By this way, we showed the potential of this approach in determining and classifying thresholded Boolean automata networks like genetic regulatory networks or neural networks. This works leads to many applications, in particular the developpement and the design of new methods for processing information and the design of systems of unconventional computing.

Ce travail de recherche s’inspire de l’approche d’énaction élaborée par F.-J Varela lorsqu’il développa sa théorie de la cognition incarnée. Pour qu’une propriété cognitive soit incarnée, il faut que l’organisme vivant s’engage perceptivement dans un processus dynamique avec le monde environnant. Afin de développer les moyens musicaux pour motiver les auditeurs à s’approprier leurs expériences vécues, nous proposons le terme « d’espace sensible » dans le but d’articuler le jeu d’écoute musicale et de l’expérience inter-sensorielle et corporelle. Cette dernière consiste en l’expérience d’interaction sensorielle entre l’extéroception et la proprioception. De même, nous spécifions l’expérience corporelle sur ses deux aspects : le corps physique et le corps virtuel – leschéma corporel et l’image du corps. La relation inharmonieuse de ces deux aspects du corps entraînera chez un sujet-percevant une tension, voire une souffrance, physique et psychique. Pour entraîner le sujet-percevant à prendre conscience de cette discordance, différentes méthodes de rééducation somatique sont développées. Dans ce contexte, émettons l’hypothèse que l’utilisation de dispositifs musicaux interactifs peut contribuer à l’exploration de l’espace sensible et ainsi exercer un impact bénéfique dans le cadre de la rééducation somatique. Les moyens de démonstration consistent en la construction et le test de protocoles de jeux d’écoute, à exposer le public à des dispositifs multimédia interactifs ainsi que l’étude de cas propre aux enfants atteints d’autisme. Nous nous approprions plusieurs techniques pour mettre en place des dispositifs musicaux interactifs : l’improvisation collaborative, la synchronisation spontanée de la posture et du mouvement corporel, l’empathie kinesthésique réciproque. Enfin, nous mettons en évidence les effets bénéfiques de l’introduction des dispositifs musicaux numériques dans le cadre du soin somatique. A la vue de ces résultats expérimentaux, nous sommes autorisés à affirmer que l’exploration de l’écoute peut avoir un impact bénéfique dans un contexte de rééducation somatique à condition que l’écoute soit en acte et vécue musicalement. / This research was inspired by the enactive approach elaborated by F.-J Varelawhen he developed the embodied cognition theory; a living organism has to be involved physically and perceptually in a dynamic process with its surrounding environment so that a cognitive property can be embodied. To develop musical possibilities to motivate the listeners to appropriate their real life experiences, we are proposing the term "sensitive space" to articulate two practices of inter-sensory and physical experience : gameplay of musical listening and somatic exercise. This inter-sensory experience consists of the sensory interaction between exteroception and proprioception. We also focus on two specific aspects of this physical experience: the physical body and the virtual body - the body schema and the body image. The inharmonious relation of these two aspects will lead to a tension, sometimes to physical and psychic pain. To help the perceiving subject to become aware of this conflict, various somatic techniques are developed. We emit the hypothesis that the use of interactive musical devices can contribute to the exploration of the sensitive space, and thus bring a beneficial impact in somatic learning and rehabilitation. Several ways of demonstrating are: 1) the construction and tests of listening gameplay protocols, 2) the public exhibition of interactive multimedia devices 3) the case study on children affected by autism. We use different techniques to set up interactive musical devices: collective improvisation, spontaneous synchronization of the posture or the physical movement, kinesthetic empathy, etc. Finally, we highlight the beneficial aspects of introducing the interactive musical devices within the framework of healthcare. With these experimental results, we can then assert that the exploration of musical listening can have a beneficial impact in the context of somatic learning, on the condition that the listening is an act and lived musically.

En 2014, dans le cadre du Plan Climat, les pays membres de l’Union Européenne, se sont engagés à réduire de près de 27% leur consommation d’énergie. L’un des axes d’études concerne l’augmentation de l’efficacité énergétique des transports urbains. Cette thèse a pour objectif de proposer une méthodologie afin de réduire la consommation énergétique de lignes de métro automatique tout en intégrant les perturbations de trafic qui se produisent dans des conditions normales d’exploitation. Le principe retenu dans ces travaux est de maximiser la réutilisation de l’énergie générée lors du freinage des trains, par les autres trains présents sur la ligne. Une première partie est dédiée à la modélisation électrique d’une ligne de métro automatique et à la présentation de méthodes permettant de calculer les flux de puissances entre les trains et les sous-stations d’alimentation. Ensuite, des algorithmes d’optimisation sont introduits pour effectuer l’optimisation des paramètres d’exploitation les plus influents dans une configuration idéale n’intégrant pas les aléas de trafic. Enfin, une méthodologie basée sur un apprentissage des données de simulation est développée dans le but de réaliser l’optimisation énergétique de la consommation en temps réel et en intégrant les perturbations de trafic. Cette dernière partie aura ainsi pour objectif de fournir une aide à la décision dans le choix des temps d’arrêts que doivent effectuer chaque train en station afin de maximiser la récupération de l’énergie issue du freinage. / In 2014, as part of the Climate Plan, EU member countries have committed to reduce by 27% their energy consumption. One of the main focal areas consists in increasing the energy efficiency of urban transports. This thesis aims to propose a methodology to reduce the energy consumption of automatic metro lines while integrating traffic disruptions that occur under normal operating conditions. The principle adopted in this work is to maximize the reuse of electrical energy generated during braking of the train, by other trains running on the line. First part is dedicated to the electrical modeling of an automatic metro line and development of methods to calculate power flows between trains and power substations. Then, optimization algorithms are introduced to perform optimization of the most influential operating parameters in an ideal configuration ignoring traffic fluctuations. Finally, a methodology based on learning simulation data is developed in order to achieve optimization of energy consumption integrating traffic disruptions in real time. This last part will thus purchase the objective to provide a decision support to determine optimal dwell times to be carried out by trains in each station, so as to maximize braking energy recovery.

It is a challenging task for researchers to determine how the brain solves multisensory perception, and the neural mechanisms involved remain subject to theoretical conjecture.  According to a hypothesised cortical model for natural audiovisual stimulation, phase synchronised communications between participating brain regions play a mechanistic role in natural audiovisual perception.  The purpose of this study was to test the hypothesis by investigating oscillatory dynamics from ongoing EEG recordings whilst participants passively viewed ecologically realistic face-speech interactions in film.  Lagged-phase synchronisation measures were computed for conditions of eye-closed rest (REST), speech-only (auditory-only, A), face-only (visual-only, V) and face-speech (audio-visual, AV) stimulation. Statistical contrasts examined AV > REST, AV > A, AV > V and AV-REST > sum(A,V)-REST effects.  Results indicated that cross-communications between the frontal lobes, intraparietal associative areas and primary auditory and occipital cortices are specifically enhanced during natural face-speech perception and that phase synchronisation mediates the functional exchange of information associated with face-speech processing between both sensory and associative regions in both hemispheres.  Furthermore, phase synchronisation between cortical regions was modulated in parallel within multiple frequency bands.

De nos jours, nous assistons à une énorme avancée des applications collaboratives mobiles. Ces applications tirentparti de la disponibilité croissante des réseaux de communication et de l’évolution impressionnante des dispositifsmobiles. Cependant, même avec un développement en accélération, ils demeurent toujours pauvres en ressources(une courte durée de vie des batteries et une connexion réseau instable) et moins sécurisés. Dans le cadre de notretravail, nous proposons une nouvelle approche basée sur le déploiement des tâches de collaboration mobile versle cloud. La gestion d’une virtualisation efficace assurant la continuité de la collaboration pour des réseaux pairà-pair est une tâche très difficile. En effet, l’aspect dynamique des groupes (où les utilisateurs peuvent joindre,quitter ou changer de groupes) ainsi qu’une vulnérabilité aux pannes peuvent affecter la collaboration. En outre,la conception de telles applications doit prendre en compte l’hétérogénéité des environnements cloud et mobile.Contrairement aux travaux existants , nous proposons une architecture réutilisable de haut niveau basée sur les patronsde conception et qui peut être facilement adaptée à plusieurs environnements clouds et mobiles hétérogènes.Nos modèles ont été utilisés comme base pour la conception de : (i) MidBox, une plate-forme virtuelle pour exécuterdes applications collaboratives mobiles sur un cloud privé et (ii) MobiRDF, un service de cloud décentralisépour la manipulation en temps réel des connaissances via des documents RDF partagés. / Nowadays we assist to an enormous progress of mobile collaborative applications. These applications take advantage of the increasing availability of communication networks and the impressive evolution of mobile devices. However, even with a developing acceleration, they are still poor in resources (short life of batteries andunstable network connections) and less secure. In the context of our work, we propose a new approach based on the deployment of mobile collaboration tasks to the cloud. The management of efficient virtualization ensuring continuity of collaboration in peer-to-peer networks is a very difficult task. Indeed, the dynamic aspect of the groups (where users can join, leave or change groups) and a vulnerability to failures can affect the collaboration.In addition, the design of such applications must consider the heterogeneity of cloud and mobile environments.Unlike existing works, we propose a reusable high-level architecture based on patterns design, which can be easily adapted to heterogeneous clouds and mobile environments. Our models have been used as basis for the design of:(i) MidBox, a virtual platform for running mobile collaborative applications on a private cloud and (ii) MobiRDFa decentralized cloud service for real-time manipulation of knowledge via shared RDF documents.

Cette thèse présente la réalisation d’un piège optique dans une configuration originale, le piston optique, où le contrôle sur la phase de l’interférence d’un faisceau incident avec sa réflexion sur un miroir permet de réaliser différents types d’expériences. Nous avons d’abord étudié les propriétés thermodynamiques d’une compression progressive du piston qui fait passer la dynamique de la particule piégée d’une région de stabilité vers une région de bistabilité mécanique. Dans le contexte de la résonance stochastique où une force extérieure périodique est appliquée sur cette dynamique bistable, une approche exploitant le facteur de Mandel ainsi qu’une analyse des délais entre les transitions d’états métastables se révèle efficace pour interpréter nos mesures dans différents régimes de forçage. Nous montrons également comment des nanoparticules métalliques peuvent être piégées aisément dans un tel piston optique et nous exploitons notre configuration pour mesurer de faibles effets de forces optiques. Enfin, nous piégeons des nano-objets chiraux uniques et nous montrons comment la configuration de notre piston permet de réaliser des expériences de reconnaissance chirale par polarimétrie différentielle. / This thesis describes the experimental realization of an original optical trap, the optical piston, where controlling the phase of the interference of an incident beam with its reflection on a mirror allows achieving various experiments. We have first looked into the thermodynamics associated with a progressive compression of the piston leading the dynamics of a trapped particle from a region of stability to a region of mechanical bistability. In the context of stochastic resonance where a periodic external force is applied on this bistable dynamics, an approach exploiting the Mandel factor and a time-delay analysis on the hopping events between metastable states have proven efficient in interpreting the different results acquired in different regimes of drive. We have also shown how metallic nanoparticles can be trapped fairly easily in this kind of optical piston and we exploit our configuration to measure weak optical forces. Finally, we trap unique chiral nano-objects and we show how the configuration of our piston allows the realization of chiral recognition experiments by differential polarimetry.