L’objectif principal de cette thèse était de quantifier et comparer l’effort requis pour reconnaître la parole dans le bruit chez les jeunes adultes et les personnes aînées ayant une audition normale et une acuité visuelle normale (avec ou sans lentille de correction de la vue). L’effort associé à la perception de la parole est lié aux ressources attentionnelles et cognitives requises pour comprendre la parole. La première étude (Expérience 1) avait pour but d’évaluer l’effort associé à la reconnaissance auditive de la parole (entendre un locuteur), tandis que la deuxième étude (Expérience 2) avait comme but d’évaluer l’effort associé à la reconnaissance auditivo-visuelle de la parole (entendre et voir le visage d’un locuteur). L’effort fut mesuré de deux façons différentes. D’abord par une approche comportementale faisant appel à un paradigme expérimental nommé double tâche. Il s’agissait d’une tâche de reconnaissance de mot jumelée à une tâche de reconnaissance de patrons vibro-tactiles. De plus, l’effort fut quantifié à l’aide d’un questionnaire demandant aux participants de coter l’effort associé aux tâches comportementales. Les deux mesures d’effort furent utilisées dans deux conditions expérimentales différentes : 1) niveau équivalent – c'est-à-dire lorsque le niveau du bruit masquant la parole était le même pour tous les participants et, 2) performance équivalente – c'est-à-dire lorsque le niveau du bruit fut ajusté afin que les performances à la tâche de reconnaissance de mots soient identiques pour les deux groupes de participant. Les niveaux de performance obtenus pour la tâche vibro-tactile ont révélé que les personnes aînées fournissent plus d’effort que les jeunes adultes pour les deux conditions expérimentales, et ce, quelle que soit la modalité perceptuelle dans laquelle les stimuli de la parole sont présentés (c.-à.-d., auditive seulement ou auditivo-visuelle). Globalement, le ‘coût’ associé aux performances de la tâche vibro-tactile était au plus élevé pour les personnes aînées lorsque la parole était présentée en modalité auditivo-visuelle. Alors que les indices visuels peuvent améliorer la reconnaissance auditivo-visuelle de la parole, nos résultats suggèrent qu’ils peuvent aussi créer une charge additionnelle sur les ressources utilisées pour traiter l’information. Cette charge additionnelle a des conséquences néfastes sur les performances aux tâches de reconnaissance de mots et de patrons vibro-tactiles lorsque celles-ci sont effectuées sous des conditions de double tâche. Conformément aux études antérieures, les coefficients de corrélations effectuées à partir des données de l’Expérience 1 et de l’Expérience 2 soutiennent la notion que les mesures comportementales de double tâche et les réponses aux questionnaires évaluent différentes dimensions de l’effort associé à la reconnaissance de la parole. Comme l’effort associé à la perception de la parole repose sur des facteurs auditifs et cognitifs, une troisième étude fut complétée afin d’explorer si la mémoire auditive de travail contribue à expliquer la variance dans les données portant sur l’effort associé à la perception de la parole. De plus, ces analyses ont permis de comparer les patrons de réponses obtenues pour ces deux facteurs après des jeunes adultes et des personnes aînées. Pour les jeunes adultes, les résultats d’une analyse de régression séquentielle ont démontré qu’une mesure de la capacité auditive (taille de l’empan) était reliée à l’effort, tandis qu’une mesure du traitement auditif (rappel alphabétique) était reliée à la précision avec laquelle les mots étaient reconnus lorsqu’ils étaient présentés sous les conditions de double tâche. Cependant, ces mêmes relations n’étaient pas présentes dans les données obtenues pour le groupe de personnes aînées ni dans les données obtenues lorsque les tâches de reconnaissance de la parole étaient effectuées en modalité auditivo-visuelle. D’autres études sont nécessaires pour identifier les facteurs cognitifs qui sous-tendent l’effort associé à la perception de la parole, et ce, particulièrement chez les personnes aînées. / The primary objective of the current thesis was to quantify and compare the amount of listening effort that young and older, normal-hearing adults with normal (or corrected normal) vision expend when speech is presented in background noise. Listening effort refers to the attentional and cognitive resources required to understand speech. Study 1 was designed to determine the listening effort associated with auditory speech recognition (hearing a speaker) whereas Study 2 examined the listening effort involved with audiovisual speech recognition (hearing and seeing the face of a speaker). Listening effort was assessed behaviourally, using a dual task paradigm where a word recognition task was paired with a tactile pattern recognition task and, with self-reported ratings. Both measures of listening effort were assessed under two experimental conditions: 1) equated level - where the level of background noise was the same for all participants and, 2) equated performance - where single task word recognition performance did not differ between groups. The tactile task costs revealed that older adults expended more listening effort than young adults for both experimental conditions regardless of the perceptual modality in which the speech stimuli were presented (i.e., audio-only and audiovisual). Overall, the cost involved with tactile task performance was highest for older adults when speech was presented audiovisually. While visual cues can improve audiovisual speech recognition our results suggest they can also place an extra demand on processing resources with performance consequences for the word and tactile tasks under dual task conditions. Consistent with the literature, the correlation findings of Study 1 and Study 2 support the idea that dual task measures and self-reported ratings each assess different aspects of listening effort. As listening effort draws upon auditory and cognitive factors, the purpose of Study 3 was to determine to what extent the separate components of auditory working memory (capacity and processing) contribute towards the variance observed in listening effort and to determine if the pattern of working memory predictor variables changes with age. Results of a sequential regression analysis for young adults indicated that a measure of auditory capacity (span size) was related to listening effort whereas a measure of auditory processing (alphabetical recall) was related to the cost associated with word recognition accuracy performance under dual task conditions. However, these relationships did not extend to older adults or to the data obtained when the speech recognition tasks were performed audiovisually. Further research is required to determine what cognitive factors underlie listening effort – especially for older adults.

Cette thèse est consacrée à l'étude de la manipulation et de la coordination robotique à deux bras ayant pour objectif le développement d'une approche unifiée dont différentes tâches seront décrites dans le même formalisme. Afin de fournir un cadre théorique compact et rigoureux, les techniques présentées utilisent les quaternions duaux afin de représenter les différents aspects de la modélisation cinématique ainsi que de la commande.Une nouvelle représentation de la manipulation à deux bras est proposée - l'espace dual des tâches de coopération - laquelle exploite l'algèbre des quaternions duaux afin d'unifier les précédentes approches présentées dans la littérature. La méthode est étendue pour prendre en compte l'ensemble des chaînes cinématiques couplées incluant la simulation d'un manipulateur mobile.Une application originale de l'espace dual des tâches de coopération est développée afin de représenter de manière intuitive les tâches principales impliquées dans une collaboration homme-robot. Plusieurs expérimentations sont réalisées pour valider les techniques proposées. De plus, cette thèse propose une nouvelle classe de tâches d'interaction homme-robot dans laquelle le robot contrôle tout les aspects de la coordination. Ainsi, au-delà du contrôle de son propre bras, le robot contrôle le bras de l'humain par le biais de la stimulation électrique fonctionnelle (FES) dans le cadre d'applications d'interaction robot / personne handicapée.Grâce à cette approche générique développée tout au long de cette thèse, les outils théoriques qui en résultent sont compacts et capables de décrire et de contrôler un large éventail de tâches de manipulations robotiques complexes. / This thesis is devoted to the study of robotic two-arm coordination/manipulation from a unified perspective, and conceptually different bimanual tasks are thus described within the same formalism. In order to provide a consistent and compact theory, the techniques presented herein use dual quaternions to represent every single aspect of robot kinematic modeling and control.A novel representation for two-arm manipulation is proposed—the cooperative dual task-space—which exploits the dual quaternion algebra to unify the various approaches found in the literature. The method is further extended to take into account any serially coupled kinematic chain, and a case study is performed using a simulated mobile manipulator. An original application of the cooperative dual task-space is proposed to intuitively represent general human-robot collaboration (HRC) tasks, and several experiments were performed to validate the proposed techniques. Furthermore, the thesis proposes a novel class of HRC taskswherein the robot controls all the coordination aspects; that is, in addition to controlling its own arm, the robot controls the human arm by means of functional electrical stimulation (FES).Thanks to the holistic approach developed throughout the thesis, the resultant theory is compact, uses a small set of mathematical tools, and is capable of describing and controlling a broad range of robot manipulation tasks.

In multitasking, the execution of a prioritized task is in danger of crosstalk by the secondary task. Task shielding allows minimizing this crosstalk. However, the locus and temporal dynamics of crosstalk effects and further sources of influence on the execution of the prioritized task are to-date only vaguely understood. Here we combined a dual-task paradigm with an action dynamics approach and studied how and according to which temporal characteristics crosstalk, previously experienced interference and previously executed responses influenced participants' mouse movements in the prioritized task's execution. Investigating continuous mouse movements of the prioritized task, our results indicate a continuous crosstalk from secondary task processing until the endpoint of the movement was reached, although the secondary task could only be executed after finishing execution of the prioritized task. The motor movement in the prioritized task was further modulated by previously experienced interference between the prioritized and the secondary task. Furthermore, response biases from previous responses of the prioritized and the secondary task in movements indicate different sources of such biases. The bias by previous responses to the prioritized task follows a sustained temporal pattern typical for a contextual reactivation, while the bias by previous responses to the secondary task follows a decaying temporal pattern indicating residual activation of previously activated spatial codes.

Les aides auditives (AA) sont les principaux outils d’intervention de réadaptation recommandés aux personnes âgées ayant une perte auditive, car elles offrent un large éventail d’avantages. Cependant, beaucoup de personnes qui possèdent des AA ne les utilisent pas ou les sous-utilisent. La raison la plus récurrente exprimée par ces non-utilisateurs d’AA est la difficulté persistante à comprendre les conversations dans des environnements bruyants. Il n’est pas mentionné si ces personnes ont essayé de porter leurs AA pendant un certain temps avant de décider de ne plus les porter. Dans l’éventualité où elles auraient abandonné peu de temps après l’obtention de leurs AA, il est possible que ces individus n’aient pas bénéficié d’une adaptation optimale à l’environnement sonore, appelée acclimatation auditive. L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer l’apport de l’expérience avec les AA sur l’acclimatation auditive. La première étude visait à déterminer, au moyen d'une revue systématique, si un effet d’acclimatation se produit après l’utilisation d’AA et, le cas échéant, à établir l’amplitude et l’évolution dans le temps de cet effet. Quatorze articles évaluant l’acclimatation via des mesures comportementales, d’auto-évaluation et électrophysiologiques répondaient aux critères d’inclusion et d’exclusion. Bien que leur qualité scientifique générale soit faible ou très faible, les résultats de la revue systématique appuient l’hypothèse qu’un effet d'acclimatation est présent, tel que documenté par les trois types de mesures. Pour la reconnaissance de la parole dans le bruit, l’amélioration varie entre 2 et 3 dB en termes de rapport signal sur bruit (RSB) sur une période minimale d'un mois. Cette étude met en évidence l'importance d’utiliser les AA après l’appareillage afin d’optimiser les bénéfices que celles-ci peuvent procurer. L’objectif du deuxième article était de rapporter les résultats d’une étude longitudinale pour déterminer si l’acclimatation aux AA des personnes âgées peut être évaluée par leurs performances à des tâches de reconnaissance de la parole dans le bruit ainsi que par des mesures d’effort auditif. Trente-deux nouveaux utilisateurs d’AA et 15 utilisateurs expérimentés ont été évalués sur une période de 38 semaines en utilisant un paradigme de double tâche. Pour les nouveaux utilisateurs, les résultats ont révélé une amélioration significative de 2 dB RSB sur un test de reconnaissance de la parole dans le bruit après quatre semaines d’utilisation des AA, et aucune diminution de l’effort auditif, tel que mesuré par le coût proportionnel de la double tâche et par le temps de réponse à la tâche secondaire. Chez les utilisateurs expérimentés, les résultats n’ont dévoilé aucune amélioration de leur performance de reconnaissance de la parole dans le bruit suite à l’utilisation des AA. En conclusion, les résultats confirment la présence d’un effet d’acclimatation tel qu’évalué par des mesures comportementales, d’auto-évaluation et électrophysiologiques suite à une utilisation régulière d’AA. Plus précisément, les nouveaux utilisateurs présentaient une amélioration cliniquement significative de 2 à 3 dB en termes de RSB après une utilisation régulière de leurs AA. Par conséquent, les nouveaux utilisateurs d’AA devraient être informés de cette possible amélioration au fil du temps, car cela pourrait les inciter à continuer de s’adapter à leurs AA plus longtemps avant de décider de les utiliser ou non. / Hearing aids (HAs) are the primary rehabilitation intervention recommended for older adults with hearing loss, as they provide a wide range of benefits. However, a large proportion of individuals who own HAs does not use or underuse them. The most recurring reason reported by non-HA users is their difficulty to understand conversations in noisy environments even when they use HAs. It is unclear if these individuals tried to use their HAs for an extended period of time before abandoning their use. If they gave up too soon after being fitted with their HAs they may not have benefited from an auditory adaptation to the new auditory stimulation, referred to as auditory acclimatization. The main objective of this thesis is to evaluate the contribution of HA experience on auditory acclimatization. The first study aimed to determine, by means of a systematic review, if an acclimatization effect occurs after HA use and if so, to establish the magnitude and time-course of this effect. Fourteen articles that assessed acclimatization through behavioural, self-reported and physiological outcomes met the inclusion and the exclusion criteria. Although their general scientific quality was low or very low, the results of systematic review support the existence of an acclimatization effect as calculated by all three types of outcome measures. For speechrecognition- in-noise performance, improvement ranged from 2 to 3 dB in signal-to-noise ratio (SNR) over a minimum period of 1-month. This study highlights the importance of using the HAs on a regular basis after being fitted with HAs. The goal of the second study was to conduct a longitudinal investigation in order to determine whether acclimatization to HAs by older adults can be assessed data obtained on a speech-recognition-in-noise task and by measures of listening effort. Thirty-two new HA users and 15 experienced HA users were tested over a 38-week period using a dual-task paradigm. For new HA users, the results showed a significant improvement of 2 dB SNR on a speech-recognitionin- noise task after 4 weeks of using the HAs post fitting. Based on the proportional dual-task cost data and by the response time measures recorded on the secondary task. No improvement of speech perception performance in noise was observed for the experienced HA users. 8 The general findings from this thesis support the presence of an acclimatization effect as measured by behavioural, self-reported and physiological measures following regular HA use. Specifically, new HA users show a clinically significant change of 2 and 3 dB SNR on speechrecognition- in noise tasks following their initial fitting. Therefore, new HA users should be informed of the possible improvement in speech recognition over time, as it could entice them to pursue the use of their HAs for a longer period of time before deciding to abandon them.

The monitoring of cognitive functions is central to the assessment and consecutive management of multiple sclerosis (MS). Though, especially cognitive processes that are central to everyday behavior like dual-tasking are often neglected. We examined dual-task performance using a psychological-refractory period (PRP) task in N = 21 patients and healthy controls and conducted standard neuropsychological tests. In dual-tasking, MS patients committed more erroneous responses when dual-tasking was difficult. In easier conditions, performance of MS patients did not differ to controls. Interestingly, the response times were generally not affected by the difficulty of the dual task, showing that the deficits observed do not reflect simple motor deficits or deficits in information processing speed but point out deficits in executive control functions and response selection in particular. Effect sizes were considerably large with d∼0.80 in mild affected patients and the achieved power was above 99%. There are cognitive control and dual tasking deficits in MS that are not attributable to simple motor speed deficits. Scaling of the difficulty of dual-tasking makes the test applied suitable for a wide variety of MS-patients and may complement neuropsychological assessments in clinical care and research setting.

The purpose of the research was to investigate the effectiveness of using multimedia as a means of teaching physical science to learners. The underlying theoretical assumption was that a multimedia presentation would help to reduce the cognitive load experienced by learners when they learn physical science content, compared to a traditional mode of presentation, and that this reduction may have a positive effect on the ease with which they master the content. Physical science learners in Grade 11 viewed a presentation consisting of multimedia screens and screens depicting the learning content in a traditional layout – in order to compare the level of knowledge gained as well as the cognitive load experienced for the multimedia and traditional instructions. Pre- and post-test questionnaires were used to determine the knowledge gained, while cognitive load was measured using a dual-task methodology. A multivariate analysis of variance was used to analyse the data. The results did not reveal a statistically significant increase in knowledge gained via the multimedia approach when compared to the traditional mode of instruction, but when focussing the analysis on learners with a lower-knowledge base in physical science though, statistically significant results were found. However, no significant results were found to support the hypothesis that multimedia would help to reduce learners’ cognitive load. It was concluded that the multimedia design principles are more effective in increasing knowledge for physical science learners of low-knowledge than traditional instructional designs. / M. Sc. (Psychology)

Schema acquisition processes comprise an essential source of cognitive demands in learning situations. To shed light on related mechanisms and influencing factors, this study applied a continuous multi-measure approach for cognitive load assessment. In a dual-task setting, a sample of 123 student participants learned visually presented symbol combinations with one of two levels of complexity while memorizing auditorily presented number sequences. Learners’ cognitive load during the learning task was addressed by secondary task performance, prosodic speech parameters (pauses, articulation rate), and physiological markers (heart rate, skin conductance response). While results revealed increasing primary and secondary task performance over the trials, decreases in speech and physiological parameters indicated a reduction in the overall level of cognitive load with task progression. In addition, the robustness of the acquired schemata was confirmed by a transfer task that required participants to apply the obtained symbol combinations. Taken together, the observed pattern of evidence supports the idea of a logarithmically decreasing progression of cognitive load with increasing schema acquisition, and further hints on robust and stable transfer performance, even under enhanced transfer demands. Finally, theoretical and practical consequences consider evidence on desirable difficulties in learning as well as the potential of multimodal cognitive load detection in learning applications.

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