Le tabagisme est la cause de longues maladies, responsables chaque année de 6 millions de décès. Le principal composant du tabac, la nicotine, est l'un des psychotropes les plus addictifs. L’abandon du tabac est difficile et les pharmacothérapies les plus efficaces, telles que la varénicline, ne viennent en aide qu’à une proportion limitée des 70% de fumeurs qui souhaitent stopper. Des études cliniques et précliniques ont démontré que plusieurs mécanismes psychopharmacologiques différents contribuent au maintien de la prise de nicotine. Des données psychologiques, génétiques et neurobiologiques, issues d’études cliniques, indiquent désormais que le poids respectif de ces mécanismes psychopharmacologiques pourrait varier d’un fumeur à l’autre. Cette hétérogénéité pourrait contribuer à l’inégale efficacité de la varénicline, dont les cibles psychopharmacologiques sont encore mal connues, ainsi qu’à la faible validité prédictive des modèles précliniques, qui ne tiennent pas compte de cette possible hétérogénéité individuelle. Dans ce travail de thèse, au moyen de l’auto-administration intraveineuse de nicotine chez le rat, nous avons exploré les variations individuelles dans la sensibilité aux effets renforçants primaires de la nicotine et aux effets de la nicotine sur la sensibilité aux effets renforçants de stimuli environnementaux associés. Nous avons mis en évidence trois sous-populations d'individus dont la recherche de nicotine est contrôlée par une contribution différente de ces deux types d’effets de la nicotine. Les phénotypes de ces sous-populations ont été validés par des marqueurs comportementaux préexistants à la consommation de nicotine (l’approche conditionnée pavlovienne), par des marqueurs du métabolisme de la nicotine et des marqueurs neurobiologiques des neurotransmissions cholinergique et dopaminergique dans des structures cérébrales clés. En parallèle, nous avons exploré les cibles psychopharmacologiques de la varénicline. En utilisant une nouvelle approche qui permet de manipuler, pendant l’autoadministration, les effets de la nicotine sur les effets renforçants d’un stimulus environnemental associé, nous avons montré que la varénicline antagonise à la fois ces effets de la nicotine et ses effets renforçants primaires. Néanmoins, dans le premier cas, la varénicline agit d’autant plus que la sensibilité individuelle aux effets de la nicotine est élevée, alors que l’intensité de son effet ne dépend pas de l’amplitude des effets renforçants primaires de la nicotine. Ce travail de thèse met en évidence et valide des variations individuelles dans les mécanismes qui régissent le comportement de recherche de nicotine dans un modèle préclinique. Il offre pour perspective d'explorer les mécanismes neurobiologiques responsables de ces variations individuelles et l’impact à long terme de ces variations sur le développement de la dépendance à la nicotine, ainsi que de tester si la varénicline est plus efficace chez l’une des sous-populations identifiées. / Tobacco use leads to 6 million deaths every year due to severe long lasting diseases. The main component of tobacco, nicotine, is recognized as one of the most addictive drugs, making smoking cessation difficult, even when 70% of smokers wish to do so. Critically, even the most effective pharmacotherapies for smoking cessation, such as varenicline, have only limited efficacy. Clinical and preclinical studies have demonstrated consistently that nicotine seeking is a complex behavior involving various psychopharmacological mechanisms. Critically, converging psychological, genetic and neurobiological data from clinical studies support that the mechanisms controlling nicotine seeking may vary from individual to individual. This heterogeneity could explain the unequal efficiency of treatments, notably of varenicline, whose psychopharmacological targets are still poorly understood, and the poor predictive validity of preclinical models, which do not consider possible individual variations in the mechanisms of nicotine seeking. In this PhD work, using intravenous nicotine self-administration in the rat, we have explored individual variations in the control of nicotine seeking, by the primary reinforcing effects of nicotine, nicotine’s impact on environmental cues, or both. We have evidenced three sub-populations of individuals whose nicotine seeking is controlled by distinct contributions of nicotine primary reinforcing effects and nicotine-cue interactions. Their phenotypes of nicotine seeking have been supported and validated by pre-existing behavioral markers of Pavlovian conditioned approach, as well as by markers of nicotine metabolism, and neurobiological markers of cholinergic and dopamine transmissions in key brain structures. In parallel, we have explored psychopharmacological targets of varenicline. Using a novel approach that allows manipulating the reinforcing-enhancing effects of nicotine on cues, during nicotine self-administration, we evidenced that varenicline antagonizes both these cue reinforcing-enhancing effects and the primary reinforcing effect of nicotine, but as a function of the individual response amplitude for the former, and not for the latter. This PhD work evidences and validates preclinical individual variations in the mechanisms of nicotine seeking. It opens the perspective of exploring the neurobiological causal mechanisms for these individual variations, their long term impact on the development of nicotine dependence and whether varenicline efficacy benefits more to the subpopulation mostly driven by nicotine-induced enhancement of cue reinforcing effects.

La mémoire prospective est une fonction cognitive complexe sollicitée quotidiennement en particulier chez les personnes âgées qui sont, par exemple, fréquemment amenées à se souvenir de prendre un traitement médicamenteux. Cette thèse conduite dans une perspective différentielle était guidé par deux objectifs. Le premier était d’identifier les mécanismes cognitifs sous-tendant le déclin lié à l’âge à des tâches de laboratoire et à des tâches naturelles de mémoire prospective. Le second était d’étudier les possibilités d’amélioration de la mémoire prospective chez la personne âgée. Quatre études ont donc été conduites auprès de personnes âgées. Les deux premières études ont permis d’avoir une meilleure compréhension des effets du vieillissement sur la mémoire prospective en mettant en évidence le rôle médiateur de la mémoire rétrospective et du contrôle exécutif dans le déclin lié à l’âge de la mémoire prospective. La troisième étude a notamment montré que les personnes âgées semblent spontanément compenser certaines difficultés de mémoire prospective en ayant recours à des aides mnésiques externes. Ces trois études nous ont permis d’élaborer et de tester l’effet d’un programme d’intervention, visant à améliorer la mémoire prospective, basé sur le renforcement de la mémoire rétrospective, du contrôle exécutif et de certaines connaissances méta-mnésiques. Les résultats n’ont pas mis en évidence d’effet de l’intervention. Ces résultats suggèrent que des interventions individualisées ciblées sur des difficultés spécifiques seraient peut-être plus adaptées que des interventions destinées à améliorer le fonctionnement global de la mémoire prospective de la personne âgée / Prospective memory is a complex cognitive function requested to remember a planned action. For example, this function is particularly important in elderly people to remember taking medication at the appropriate time. Two key objectives were pursued in an interindividual differences approach. The first goal was to have a better understanding of prospective memory in aging people. Thus, we wanted to identify the cognitive mechanisms underlying the age-related decline in laboratory and naturalistic prospective memory tasks. The second goal was to estimate how prospective memory can be improved in elderly people. To that end, we performed four studies using samples of aging people. The results of the two first studies indicated that retrospective memory and executive control processes mediate the relation between age and prospective memory. In the third study, the results showed that elderly people compensated spontaneously some of their prospective memory problems using external memory aids. These studies allowed us to develop and to test a cognitive intervention program based on the reinforcement of retrospective memory, executive control processes, and metacognitive knowledge. The results indicated any effect of the intervention program on prospective memory performance. These suggest that individualized cognitive interventions focused on specific prospective memory problems would be more suitable than interventions designed to improve the global functioning of prospective memory in elderly people

La mémoire prospective est une fonction cognitive complexe sollicitée quotidiennement en particulier chez les personnes âgées qui sont, par exemple, fréquemment amenées à se souvenir de prendre un traitement médicamenteux. Cette thèse conduite dans une perspective différentielle était guidé par deux objectifs. Le premier était d'identifier les mécanismes cognitifs sous-tendant le déclin lié à l'âge à des tâches de laboratoire et à des tâches naturelles de mémoire prospective. Le second était d'étudier les possibilités d'amélioration de la mémoire prospective chez la personne âgée. Quatre études ont donc été conduites auprès de personnes âgées. Les deux premières études ont permis d'avoir une meilleure compréhension des effets du vieillissement sur la mémoire prospective en mettant en évidence le rôle médiateur de la mémoire rétrospective et du contrôle exécutif dans le déclin lié à l'âge de la mémoire prospective. La troisième étude a notamment montré que les personnes âgées semblent spontanément compenser certaines difficultés de mémoire prospective en ayant recours à des aides mnésiques externes. Ces trois études nous ont permis d'élaborer et de tester l'effet d'un programme d'intervention, visant à améliorer la mémoire prospective, basé sur le renforcement de la mémoire rétrospective, du contrôle exécutif et de certaines connaissances méta-mnésiques. Les résultats n'ont pas mis en évidence d'effet de l'intervention. Ces résultats suggèrent que des interventions individualisées ciblées sur des difficultés spécifiques seraient peut-être plus adaptées que des interventions destinées à améliorer le fonctionnement global de la mémoire prospective de la personne âgée

Chez l'homme, la voix facilite les interactions sociales par la transmission d’informations sur l'identité de la personne, ses émotions ou sa personnalité. En particulier, l'identité du locuteur peut être automatiquement extraite même lorsque le message et l'état émotionnel varient, ce qui suggère des mécanismes cognitifs et cérébraux partiellement dissociables pour ces processus. Cependant, la reconnaissance d'une voix familière ou la discrimination entre deux locuteurs sont, pour certains sujets, non seulement non-automatiques, mais même impossibles. Ce déficit, lorsqu'il se manifeste dès la naissance, est appelé phonagnosie du développement et constitue la contrepartie auditive de la prosopagnosie (déficit de reconnaissance des visages). Dans le domaine visuel, il a été proposé que les sujets affectés par la prosopagnosie du développement représentent des cas extrêmes dans la distribution des capacités de reconnaissance de visages. A l’inverse, des "super-reconnaisseurs" des visages se situaient à l’opposé de cette distribution.Comme la distribution des capacités de reconnaissance de la voix dans la population générale était encore inconnue, le premier objectif de cette thèse a été d'en étudier les différences individuelles au moyen d'un court test - le Glasgow Voice Memory Test (GVMT). Les résultats obtenus ont reflété une large variabilité interindividuelle dans les capacités de reconnaissance des voix: parmi une cohorte de 1120 sujets, il y avait à la fois des sujets avec des performances significativement en dessous de la moyenne (potentiels phonagnosiques) et des "super-reconnaisseurs" des voix. Cette variabilité individuelle comportementale semblerait se refléter au niveau cérébral, comme révélés par l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) : en fait, il a été montré précédemment qu'il existait une variabilité interindividuelle considérable dans le signal BOLD (blood-oxygen level dependent) lié à la voix dans les zones temporales de la voix (TVAs). Ces régions sont situées sur le bord supérieur des sulcus/gyrus temporal supérieur (STS/STG) et montrent une activation préférentielle pour les sons vocaux plutôt que non vocaux. Le deuxième objectif de ce travail fut de mieux caractériser le lien entre les mécanismes comportementaux et neuronaux sous-tendant la variabilité interindividuelle dans les processus de reconnaissance des voix. Pour cela, nous avons examiné comment la perception de la voix modulait la connectivité fonctionnelle entre les TVAs, constituant le "noyau" du réseau de perception de la voix, et les régions frontales également sensibles aux voix, constituant une extension de ce réseau. Les résultats ont montré qu'il y avait une connectivité fonctionnelle positive dans l'ensemble du réseau et que la connectivité fonctionnelle fronto-temporelle et fronto-frontale droite augmentait avec les scores obtenus lors du GVMT.Pour compléter ce travail, nous avons réalisé une autre étude IRMf en utilisant des analyses multivariées, afin de clarifier les corrélats neuronaux de la reconnaissance du locuteur mais aussi le lien entre sensibilité cérébrale à la voix et capacités de reconnaissance du locuteur. Pour cela, des sujets ayant des capacités de reconnaissance vocale hétérogènes ont été soumis à la fois à une tâche d'identification du locuteur et à une tâche d'écoute passive de sons vocaux et non vocaux. Les résultats ont confirmé que l’identification du locuteur s’effectuait via un réseau étendu de régions, incluant les TVAs mais aussi des régions frontales. De plus, nous avons observé que le score de classification voix/non-voix dans le STS droit permettait de prédire les capacités d'identification des locuteurs.Dans l'ensemble, ces résultats suggèrent que les capacités de reconnaissance vocale varient considérablement d'un individu à l'autre et que cette variabilité pourrait être le reflet de profils d’activité cérébrale différents au sein du réseau de la perception de la voix. / In humans, voice conveys heterogeneous information such as speaker’s identity, which can be automatically extracted even when language content and emotional state vary. We hypothesized that the ability to recognize a speaker considerably varied across the population, as previously observed for face recognition. To test this hypothesis, a short voice recognition test was delivered to 1120 subjects in order to observe how voice recognition abilities were distributed in the general population. Since it has been previously observed that there exists a considerable inter-individual variability in voice-elicited activity in temporal voice areas (TVAs), regions along the superior temporal sulcus/gyrus (STS/STG) that show preferentially activation for voices than other sounds, the second aim of this work was then to better characterize the link between the behavioral and neural mechanisms underlying inter-individual variability in voice recognition processes through functional magnetic resonance imaging (fMRI). The results of a first fMRI study showed that functional connectivity between frontal and temporal voice sensitive regions increased with voice recognition scores obtained at a voice recognition test. Another fMRI study showed that speaker’s identity was treated in an extended network of regions, including TVAs but also frontal regions and that voice/non-voice classification accuracy in right STS increased with speaker identification abilities. Altogether, these results suggest that voice recognition abilities considerably vary across subjects and that this variability can be mirrored by different neural profiles within the voice perception network.

L'effet du vieillissement sur les fonctions cognitives de haut niveau demeure encore relativement incompris. Cette recherche vise à mieux comprendre les différences interindividuelles de performances entre les individus jeunes et âgés par l'étude des processus de contrôle attentionnel mis en jeu dans les tâches de commutation attentionnelle. Dans un premier temps, deux tâches d'alternance de type séries alternées ont été administrées à des adultes jeunes et âgés. Les résultats n'indiquent pas d'effet de l'âge sur les coûts d'alternance mesurés mais en revanche un coût d'alternance asymétrique (étude 1) et des coûts d'alternance locaux et globaux différents selon les individus (étude 1 et 2). Dans un second temps, un travail de modélisation du fonctionnement cognitif à l'aide de l'architecture cognitive ACT-R a été réalisé. Il permet de tester la plausibilité des hypothèses de diminution de la vitesse de traitement (VT) et de diminution de la capacité de la mémoire de travail (CMT), à pouvoir reproduire les différences de performances entre jeunes et âgés. Les résultats des tests d'hypothèse pour les deux études réalisées indiquent que ces hypothèses ne reproduisent pas assez les effets empiriquement observés ce qui suppose que les hypothèses de diminution de la VT ou de la CMT sont insuffisantes pour expliquer les différences de performances individuelles observées. Cette étude met en évidence l'intérêt de la modélisation cognitive computationnelle dans la compréhension des processus sous-jacent le fonctionnement cognitif humain.

L’étude de la prise de décision sous incertitude en psychologie vise à identifier les processus permettant à l’individu d’atteindre un but en sélectionnant une conduite parmi plusieurs alternatives, lorsqu’il existe une incertitude quant aux conséquences respectives de ces différentes conduites. Nos hypothèses se centrent sur le rôle des fonctions exécutives et du raisonnement logico-mathématique chez l’enfant de 5 à 11 ans. Nous abordons cette thématique sous l’angle des approches différentielle (variabilité inter- et intra-individuelle) et développementale (changement micro- et macrogénétique). Quatre études sont présentées. Les deux premières soulignent le rôle de la mémoire de travail dans la résolution de la tâche du casino chez l’enfant de 8 à 11 ans, et émettent quelques réserves quant au rôle des fonctions exécutives à cette même épreuve chez les enfants de 5 à 7 ans (approche longitudinale). La troisième étude vise à étudier les stratégies des enfants de 5 et 6 ans à l’épreuve de quantification des probabilités à partir d’une analyse conjointe des variations individuelles et situationnelles. Nous identifions plusieurs stratégies correspondant à des niveaux de développement distincts, et nous montrons que les enfants les plus âgés témoignent d’une plus grande flexibilité stratégique en réponse aux variations situationnelles. Enfin, la dernière étude cherche à rendre compte des conduites des enfants de 6 à 11 ans à la tâche du casino à partir du modèle de la valence espérée. La perspective est idiographique et se focalise d’abord sur un modèle individuel, avant d’aboutir à une comparaison des seuls individus chez lesquels ce modèle individuel semble pertinent. / The study of decision making under uncertainty in psychology attempts to identify the various processes by which individuals select a course of action among several alternative possibilities in order to reach a particular goal, when the outcomes of this course of action are uncertain. We hypothesize that executive function and logical-mathematical reasoning may play a role in decision making under uncertainty in children aged 5 to 11. We adopt an individual differences approach (between- end within-individual variability) combined with a developmental approach (micro- ans macrogenetic change). Four studies have been conducted. The first two studies underline working memory role in a gambling task in children aged 8 to 11, and cast some doubts on executive function implication in this gambling task in children aged 5 to 7 (test/retest approach). The third study aims to identify the strategies children aged 5 to 6 use in a probability quantification task. By considering both individual and situational variations, we identify various strategies that relates to distinct developmental levels. We show that older children display a greater strategic flexibility in response to situational variations. Finally, the fourth study seeks to investigate decision making in a gambling task with the Expected Valence model in children aged 6 to 11. Our idiographic approach first focuses on an individual model, and then compares the only children whose decisions were appropriately captured by the individual model.

L’effet du vieillissement sur les fonctions cognitives de haut niveau demeure encore relativement incompris. Cette recherche vise à mieux comprendre les différences interindividuelles de performances entre les individus jeunes et âgés par l’étude des processus de contrôle attentionnel mis en jeu dans les tâches de commutation attentionnelle. Dans unpremier temps, deux tâches d’alternance de type séries alternées ont été administrées à des adultes jeunes et âgés. Les résultats n’indiquent pas d’effet de l’âge sur les coûts d’alternance mesurés mais en revanche un coût d’alternance symétrique (étude 1) et des coûts d’alternance locaux et globaux différents selon les individus (étude 1 et 2). Dans un second temps, un travail de modélisation du fonctionnement cognitif à l’aide de l’architecture cognitive ACT-R a été réalisé. Il permet de tester la plausibilité des hypothèses de diminution de la vitesse de traitement (VT) et de diminution de la capacité de la mémoire de travail (CMT), à pouvoir reproduire les différences de performances entre jeunes et âgés. Lesrésultats des tests d’hypothèse pour les deux études réalisées indiquent que ces hypothèses ne reproduisent pas assez les effets empiriquement observés ce qui suppose que les hypothèses de diminution de la VT ou de la CMT sont insuffisantes pour expliquer les différences de performances individuelles observées. Cette étude met en évidence l’intérêt de la modélisation cognitive computationnelle dans la compréhension des processus sous-jacent le fonctionnement cognitif humain / The effect of aging on high level cognitive functions is still relatively misunderstood. The aim of this research is to better understand individual performance differences between young and elderly individuals, by studying the attentional control processes involved in task switching. Initially, two switching tasks were administered to young and elderly adults. The results indicate no age effect on the switching cost but show an asymmetric switching cost (Study 1) and differentlocal and global switching costs between individuals (study 1 and 2). In a second step, a computational cognitive modeling of cognitive functioning is built using the ACT-R architecture. It enables to test the veracity of the assumptions of reduced processing speed (VT) and reduced capacity of working memory (WCL), to reproduce the observed performance differences between young and old individuals. The results of the hypothesis tests for both studies indicate that these assumptions do not reproduce adequately the empirically observed effects, which implies that the assumptions of decreased VT or CMT are insufficient to explain the individual performance differences observed. This study highlights the interest of computational cognitive modeling in the understanding of the processes underlying human cognitive functioning

Ce travail porte sur l'attention chez le cheval domestique. Il vise, dans un premier temps, à évaluer les capacités d'attention des chevaux grâce au développement d'outils de mesure. Nous avons ainsi développé deux tests comportementaux permettant d'évaluer respectivement l'attention visuelle (e.g. test d'attention visuelle, VAT) et auditive (e.g. test de diffusion de sons inhabituels, AAT). Les résultats montrent que ces tests comportementaux permettent la mesure de caractéristiques attentionnelles stables au cours du temps et prédictives de l'attention (i.e. VAT) et de la distractibilité (i.e. AAT) du cheval dans d'autres contextes, à savoir lors d'un test d'attention communément utilisé chez d'autres espèces (the ''5-choice serial reaction time task''), mais aussi en contexte non expérimental comme lors du travail (e.g. exercice à la longe, en reprise). Nos résultats montrent, par ailleurs, des variations individuelles d'attention d'ordre qualitatif (structuration et niveau de l'attention) et quantitatif (durée d'attention). Dans un second temps, nous avons examiné certains facteurs de modulation (intrinsèques et extrinsèques) de l'attention du cheval. Les tests développés ont alors été appliqués dans différents sites équestres. Les résultats montrent que l'attention des chevaux est modulée : i) par des facteurs intrinsèques tels que la race, le sexe des individus ou encore leur état de bien-être; et ii) par des facteurs extrinsèques tels que les conditions de vie offertes aux chevaux, le travail et particulièrement la discipline d'équitation. Enfin, nous nous sommes interrogés sur la possibilité de promouvoir l'attention du cheval au travail via des actions humaines spécifiques. Nous avons ainsi montré que l'utilisation d'une récompense alimentaire augmente rapidement l'attention du cheval sur la tâche à réaliser, et en conséquence améliore ses performances d'apprentissage, tandis que de tels effets n'ont pas été obtenus avec une « récompense » tactile. L'ensemble de ce travail permet des avancées méthodologiques novatrices pour appréhender les capacités cognitives du cheval et ses facteurs de variation. Ces résultats permettront de conseiller les utilisateurs de chevaux en termes de choix d'animaux, de gestion des séances de travail et des conditions de vie. / This study investigated attention in domestic horse. It aims, firstly, to evaluate horses’ attentional abilities by developing experimental tests. To this end, we developed behavioural visual attention (VAT) and auditory attention (AAT) tests. The results show that these behavioural tests give accurate measures of horses’ attentional characteristics. These measures are stable over time and can predict an individual’s attention (VAT) and distractibility (AAT) during another attention-testing paradigm frequently used in other species (the ‘5-choice serial reaction time task’) and in a non-experimental context: work (e.g. lunge or riding lessons). Furthermore, our results show qualitative (structure and level of attention) and quantitative (duration of attention) variations of attention between individuals. Secondly, we studied both intrinsic and extrinsic factors modulating attention in horses. The tests developed have been used across several equestrian sites. Horses’ attention appears to be modulated by: i) intrinsic factors such as an individual’s breed, gender or welfare state and ii) by extrinsic factors such as an individual’s living condition, work and especially the riding discipline. We finally investigated the possibility of promoting horses’ attention while working via dedicated human actions. We showed that using food rewards rapidly increases horses’ attention on the task and, as a consequence, improves their learning performances. These effects were not found with tactile ‘reward’. In summary, this work has led to innovative methodological improvements to assess horses’ cognitive abilities and the factors influencing them. These results have useful applications to guide horse-handlers through animal selection, work session management and choosing optimised living conditions.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal