À ce jour, le rôle des oscillations bêta n’a pas encore été clairement établi. Des travaux récents ont montré que l’activité bêta pendant la préparation du mouvement et celle suivant son exécution sont différemment modulées par les erreurs de mouvements. L’objectif du présent travail a été double : premièrement, déterminer si les modulations de puissance bêta pré- et post-mouvement recrutent des substrats cérébraux différents, deuxièmement, mieux cerner la nature des processus neuronaux reflétés. Grâce à une approche par analyse en composantes indépendantes, nous suggérons fortement que les réponses oscillatoires, aux erreurs cinématiques, observées avant et après le mouvement sont sous-tendues par des structures distinctes, respectivement clairement latéralisées et médiales. De plus, en contrastant différentes tâches motrices, nous montrons que ni l’une ni l’autre des deux activités bêta ne reflètent des mécanismes en lien direct avec les sorties motrices. / The role of beta oscillations has not been clearly established yet. Recent work has shown that the beta activities observed during the preparation phase and after the movement are differently affected by movement errors. The aim of this thesis was twofold: first, to determine whether or not the pre- and post-movement beta power modulations recruit common neural substrates; second, to better understand the nature of the reflected neural processes. Using an independent component analysis approach, we strongly suggest that oscillatory responses to kinematic errors, observed before and after movement, are underpinned by distinct neural structures, respectively clearly lateralized and medial. Moreover, by contrasting different motor tasks, we show that neither of the two beta activities reflects mechanisms directly related to the output of the motor command.

Oszillationen sind ein allgegenwärtiges Phänomen neuronaler Aktivität. Der Beta Band Frequenzbereich (13-30 Hz, BBA) wurde ursprünglich vor allem mit motorischen und somatosensorischen Prozessen assoziiert. Erst jüngst schreibt man diesem auch komplexe Funktionen in selektiver Aufmerksamkeit und neuronaler Integration zu. Die vorliegende Arbeit hat mittels Elektroenzephalographie die Rolle von BBA bei einer Reihe höherer kognitiver Aufgaben untersucht. Studie 1 hat sich mit dem Einfluss visueller Reize auf die Verarbeitung von Schmerzreizen beschäftigt. Es zeigt sich, dass BBA in sensomotorischen Arealen das Ausmaß an Integration zwischen visuellen Reizen und Schmerzreizen widerspiegelt. Die Stärke der Integration ist dabei invers proportional zur Stärke der Schmerzreize. Studie 2 hat die Lokalisation und Diskrimination von Sprache bei Personen mit beidseitigem Cochlear Implantat untersucht. Diese haben Schwierigkeiten bei der Lokalisation von Sprache, was auf eine vorhergehende Degeneration von auditorischen Pfaden zurückzuführen sein könnte. Die Studie zeigt eine stärkere Modulation medio-zentraler BBA während Sprachlokalisation, was einen Zusammenhang zwischen BBA und Verarbeitungsaufwand und selektiver räumlicher Aufmerksamkeit nahelegt. In Studie 3 wurde das Verhältnis zwischen intersensorischer Aufmerksamkeit und zeitlicher Orientierung untersucht. Es zeigt sich sich dass die Modulation antizipatorischer BBA unabhängig voneinander sowohl intersensorische Aufmerksamkeit als auch zeitliche Orientierung reflektiert. Die vorliegende Arbeit erweitert somit bisherige Forschungsergebnisse, indem sie die Beteiligung von BBA während multisensorischer Verarbeitung, selektiver Aufmerksamkeit, sowie intersensorischer Aufmerksamkeit und zeitlicher Orientierung zeigt. Zugleich unterstreicht sie die Bedeutung zukünftiger Forschung, die zu einem tieferen Verständnis der Rolle von BBA bei sensomotorischen Prozessen, Aufmerksamkeit und kortikaler Integration führen wird. / Oscillations are a ubiquitous phenomenon in neural activity. The beta-band frequency range (BBA, 13-30 Hz) has traditionally been associated with sensorimotor behaviour. Only recently, research has become aware of its putative role in selective attention and large-scale neural communication. The present thesis investigated the functional significance of BBA in a broad range of cognitive tasks, using electroencephalography (EEG). Study 1 examined the influence of simultaneous visual input on the processing of pain, which is known to engage a widely distributed cortical network. The study showed that sensorimotor BBA reflects the strengths of multisensory processing between visual and pain stimuli. In Study 2, auditory speech localization and discrimination was examined in patients with bilateral cochlear implants. This group of individuals is known to have difficulties in speech localization, which might derive from a prior degeneration of auditory pathways. The study demonstrates an increased medio-central BBA suppression during speech localization in cochlear implant users, suggesting that BBA reflects selective spatial attention to auditory speech stimuli. Study 3 investigated the processes of intersensory attention and temporal orienting in a multisensory cue-target paradigm. The study showed that modulations of anticipatory BBA reflect intersensory attention as well as temporal orienting. Interestingly the results did not reveal interactions between the two mechanisms, suggesting that intersensory attention and temporal orienting can operate independent of each other. Taken together, this thesis extends previous research by demonstrating the crucial role of BBA in multisensory processing, selective attention and intersensory attention as well as temporal orienting. The studies also emphasize the relevance of future research in this field, which will further uncover the significance of BBA in sensorimotor, attentional, and integrative functions.

Gegenstand dieser Arbeit ist die Divergenz zwischen subjektiver und objektiver Zeitwahrnehmung. In drei empirischen Studien wird untersucht, wie Zeitwahrnehmung vom Inhalt eines Zeitintervalls beeinflusst wird. Dabei werden Paradigmen aus der Forschung zur visuellen Wahrnehmung mit Messungen der Zeitwahrnehmung kombiniert und durch Ableitungen neuronaler Aktivität (Elektroenzephalographie) ergänzt. Sensorische Modelle der Zeitwahrnehmung basieren auf der Annahme, dass die subjektive Dauer eines sensorischen Reizes in den selben neuronalen Netzwerken entsteht, die den Reiz selbst verarbeiten. Unter dieser Annahme müsste jede Veränderung des Reizes, welche neuronale Verarbeitung hervorruft, auch einen Effekt auf die wahrgenommene Dauer des Reizes haben, auch wenn diese Eigenschaft nicht bewusst wahrgenommen wird. Die Ergebnisse zeigen jedoch das nur Veränderungen die auch bewusst wahrgenommen werden einen Einflusss auf subjektive Dauer haben. Darüberhinaus zeigte sich, dass die subjektiv wahrgenommene Stärke der Veränderung die subjektive Dauer bestimmt. Die Befunde sprechen eher für das Modell einer zentrale inneren Uhr, das jedoch auch erklären muss, mittels welcher Mechanismen der Inhalt eines Zeitintervalls dessen subjektive Dauer beeinflusst. Anhand elektrophysiologischer Korrelate der Zeitwahrnehmung wird untersucht, ob die Dynamik visueller Reize die Zeitwahrnehmung schon während des Enkodierens der Zeit beeinflusst, oder erst später wenn eine Entscheidung über die Dauer des Zeitintervalls getroffen wird. Die Ergebnisse zeigen, dass die neuronalen Korrelate der Zeitwahrnehmung nicht die zeitliche Verzerrung widerspiegeln, die durch dynamische Reize hervorgerufen wird. Dies spricht dafür, dass diese Verzerrung auf einer späteren Prozessstufe eintritt. Insgesamt zeigen die Befunde der drei Studien, das Zeitwahrnehmung zwar stark vom sensorischen Inhalt beeinflusst wird, sich aber nicht direkt von der sensorischen Reizverarbeitung ableiten lässt. / Often, perceived time differs from objective time. This work addresses how perceived time is influenced by the content of a time interval. Three empirical studies were conducted to assess how visual stimulus dynamics affect perceived duration. We combined paradigms from vision research with timing tasks and measures of neural processing using electroencephalogram (EEG). Sensory models of interval timing claim that duration of a time interval is encoded in the same neural networks that process its sensory content. Thus, even stimulus dynamics that are processed only on the sensory level but are not consciously perceived should affect perceived duration. In contrary, we showed that only consciously perceived stimulus dynamics affect perceived duration, with more perceived dynamics leading to longer perceived duration. Changes that were not perceived but evoked a neural response (measured in the EEG) did not affect perceived duration. These findings argue against the assumption of sensory timing models, but are consistent with models that assume a central internal clock. However, internal clock models do not sufficiently explain why stimulus dynamics affect perceived duration. We tested whether stimulus dynamics affect the stage of temporal encoding as postulated by internal clock models, by measuring neural correlates of temporal encoding in the EEG. We found that the neural correlates of temporal encoding reflected internal variations in perceived duration, but not the dilation induced by stimulus dynamics. We argue that visual stimulus dynamics affect perceived duration after temporal encoding. In sum, the findings show that duration perception is not grounded in early sensory processing, but is probably achieved by a specialized timing system that can be biased by the perception of dynamic stimuli. The discussion addresses theoretical implication of these findings for theories of time perception, and their implications for further research in the field.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Mechanismen und die neuronale Implementierung des taktilen Arbeitsgedächtnisses (AG) zu erleuchten. Dazu wurde eine vibrotaktile Diskriminationsaufgabe mit den Methoden der funktionellen Magnetresonanztomografie (fMRT), Elektroenzephalografie (EEG), subliminalen elektrischen Stimulation und Psychophysik untersucht. Eine fMRT-Studie (Studie I) zeigte, dass ein ausgedehntes neuronales Netzwerk mit den einzelnen Aufgabenphasen, Enkodierung, Aufrechterhaltung, und Entscheidung, verbunden ist. Die Analyse oszillatorischer EEG-Aktivität (Studie II) und die selektive Inhibition des primären somatosensorischen Kortex (S1) durch subliminale Stimulation (Studie III) legen nahe, dass S1 nicht an der Aufrechterhaltung der vibrotaktilen Gedächtnisrepräsentation beteiligt ist. Das Ausmaß der S1-Aktivierung während der frühen Haltephase hängt vielmehr von der Effizienz, mit welcher Versuchspersonen den vibrotaktilen Reiz enkodieren, ab. Außerdem weisen Studie II and III darauf hin, dass bereits der physiologische Zustand von S1 in der Phase vor Beginn eines Versuchsdurchgangs eine einflussreiche Rolle spielt. Während Studie II zeigte, dass S1-Aktivität in dieser Phase, vermutlich durch attentionale top-down Modulation, unter AG-Anforderungen erhöht ist, ergab Studie III, dass eine optimierte bottom-up Verarbeitung in S1 zu einer verbesserten Aufgabenleistung führt. Verhaltensexperimente zeigten, dass Repräsentationen im Langzeitgedächtnis über die durchschnittliche Frequenz der präsentierten Vibrationsreize erheblich die Verhaltensleistung beeinflussen und den Zeitrichtungseffekt verursachen (Studie IV). Die Analyse der fMRT-Daten (Studie V) offenbarte außerdem, dass ein Netzwerk somatosensorischer Areale Informationen über die aktuelle Vibrationsfrequenz und die durchschnittliche Vibrationsfrequenz während der Enkodier- und Haltephase integriert. / The present dissertation aimed to shed more light on the psychological mechanisms and the neural basis of tactile working memory (WM). For this purpose, a vibrotactile delayed discrimination task was studied using the methods of functional magnetic resonance imaging (fMRI), electroencephalography (EEG), concurrent subliminal electrical stimulation and psychophysics. The fMRI study (Study I) showed that a broad network of brain regions - much broader than known from previous studies in non-human primates - supports the performance of a vibrotactile delayed discrimination task in the different task periods: encoding, maintenance, decision making. The analysis of oscillatory activity over the somatosensory cortex in the EEG study (Study II) and the experiment using subliminal electrical stimulation to locally inhibit the primary somatosensory cortex (S1) (Study III) suggest that S1 does not contribute to the active maintenance of the vibrotactile memory trace. The level of activity in S1 during the early delay period depends on the efficiency with which subjects encode the vibrotactile stimulus. Study II and III also showed that the activation level of S1 in the pre-trial period plays an important role. Study III suggests that, in this task period, S1 activity is up-regulated under WM demands probably reflecting the operation of top-down attentional control. Study III indicates that increasing local inhibition of S1 in the pre-trial period improves performance by facilitating bottom-up processing. Importantly, long-term memory representations of the average frequency of the stimulus set strongly influence performance giving rise to the time-order effect (Study IV). Additionally, the fMRI data (Study V) showed that a somatosensory network integrates information about the current vibrotactile stimulus and the representation of the average vibration frequency during stimulus encoding and maintenance.

Die sensorischen und hedonischen Eigenschaften von Essen sind wichtige Einflussfaktoren für die Nahrungsauswahl und –aufnahme. Was macht die Anziehungskraft von Nahrungsreizen aus? Die sensorischen und hedonsichen Eigenschaften von Nahrungsreizen werden mit allen Sinnen, oftmals sogar gleichzeitig, verarbeitet. Nahrungswahrnehmung ist damit ein mutlisensorisches Phänomen. Der Geruch, der Anblick, der Tasteindruck oder Geräusche können bereits vor der Nahrungsaufnahme wahrgenommen werden und Erwartungen hinsichtlich des Geschmacks auslösen. Diese prä-ingestiven Wahrnehmungseindrücke spielen daher auch eine maßgebliche Rolle bei der Entstehung von Verlangen und Gelüsten. Während der Nahrungsaufnahme, beim Kauen und Schlucken, spielen die chemischen Sinne, Schmecken und Riechen, eine besondere Rolle. Der Gesamtsinneseindruck aus den chemischen Sinneskanälen wird auch als Flavor bezeichnet. Wobei angemerkt sein soll, dass auch nicht-chemische Sinne, Sehen, Hören und Tasten, in die Flavordefinition einbezogen werden können. Zweifelsohne stellt die Nahrungsaufnahme ein komplexes Verhalten dar, das perzeptuelle, kognitive und Stoffwechselprozesse gleichermaßen umfasst. Die vorliegende Habilitationsschrift widmet sich der Untersuchung der neurokognitiven Mechanismen der visuellen, gustatorischen und flavour Wahrnehmung von Nahrungsobjekten und umfasst Untersuchungen zur Vulnerabilität der neuronalen Repräsentationen durch kontextuelle Reize. Zusammenfassend schließt die Arbeit mit der Feststellung, dass ein umfassendes Verständnis der psychophysiologischen Mechanismen der sensorischen und hedonischen Verarbeitung von Nahrungsreizen über alle Sinne die perzeptuelle Grundlage für nahrungsbezogenes Urteilen und Entscheiden darstellt. / What characterizes food and makes it so tempting? Sensory and hedonic information about food is conveyed by all senses, activated more or less simultaneously, having led to the notion that food perception is a multisensory experience. The smell, sight, touch or sound of a food can be experienced before ingestion and elicit expectations about the "taste" of that food based on previous encounters. It is, therefore, not surprising that these so-called pre-ingestive sensory experiences play a role in the formation of cravings and the elicitation of appetitive responses. Only during consumption, the chemical senses, smell, taste and oral touch and irritation, are experienced in the oral cavity as food is masticated and swallowed and gives rise to the overall experience commonly referred to as taste. While the term taste is, strictly speaking, incorrect as it does not refer to the gustatory perception, many languages including German lack an appropriate term for the holistic flavor experience arising from the food-induced stimulation of the chemical senses, gustation, olfaction and oral somatosensation in a minimalist interpretation, or, in a broader sense, of all our senses, including hearing and vision. Undoubtedly, feeding behavior is characterized by a complex interplay of perceptual, cognitive and metabolic processes and research on the mechanisms by which these processes regulate food intake behavior is only in its infancy. In this thesis, I present a series of studies aiming to elucidate the cortical representations of the visual, gustatory and flavor components of food objects along with evidence for the vulnerability of these presentations to contextual information. Together, I reckon that an understanding of the psychophysiological mechanisms of the sensory and affective processing of food objects mediated by our senses, seeing, smelling, tasting, feeling and hearing, represents the perceptual basis of food-related decision making.

Diese vorliegende Dissertation nutzt Koregistrierung von EEG und Eye-Tracking um neuronale Korrelate der Wortverarbeitung beim natürlichen Lesen zu untersuchen. EKP-Forschung hat unser Verständnis der Wortverarbeitung stark geprägt. Jedoch wird Lesen in EKP-Experimenten üblicherweise im unnatürlichen RSVP Paradigma untersucht. Der Blickbewegungsforschung verdanken wir viele Erkenntnisse über die Koordination von Sprachverarbeitung und Blickbewegungsplanung, allerdings nur auf der Verhaltensebene. Drei Leseexperimente in dieser Arbeit untersuchten a) foveale und parafoveale Wortverarbeitung, b) Wortschwierigkeit in Form von Wortfrequenzeffekten und c) den Einfluss von Blickbewegungen. Ein viertes Experiment untersuchte die Generalisierbarkeit parafovealer Vorverarbeitungs-Effekte (Preview-Effekte), indem diese mit chinesischen Sätzen repliziert wurden. Die Ergebnisse zeigten einen reliablen Effekt parafovealer Vorverarbeitung auf neuronale Korrelate der fovealen Worterkennung in Form eines frühen Effekts auf der N1 Komponente. Interaktionen zwischen dem Preview-Effekt und Wortfrequenz zeigten Wechselwirkungen der Verarbeitung aufeinanderfolgender Worte im fovealen und parafovealen Blickfeld. Preview-Effekte waren schwächer nach Worten mit niedriger Frequenz, was zeigt, wie komplexe foveale Wortverarbeitung Resourcen für parafoveale Information bindet. Andererseits beeinflusste parafoveale Verarbeitung auch die foveale Verarbeitung: Erstens durch den oben beschriebenen Preview-Effekt, zweitens durch eine Verlangsamung der Wortverarbeitungsrate nach schweren Vorschaubedingungen. Außerdem zeigten sich foveale Wortfrequenzeffekte früher nach valider parafovealer Wortvorschau. Der Preview-Effekt war stärker, wenn Blickbewegungen ausgeführt werden mussten. Der Grund hierfür sind verdeckte Aufmerksamkeitsverschiebungen vor einer Sakkade. (EKP-)Forschung zur visuellen Wortverarbeitung sollte zukünftig Blickbewegungen und parafoveale Vorverarbeitung berücksichtigen. / The current dissertation uses co-registration of EEG with eye tracking to study the brain-electric correlates of word processing under natural reading circumstances. ERP research has advanced our understanding of the neuronal mechanisms of word processing greatly but traditionally used the RSVP paradigm that is not ecologically valid. Eye tracking research has greatly advanced our understanding of the coordination of linguistic processing with eye movement execution but provides only indirect insight into the actual brain processes during reading. Three reading experiments were conducted to study a) foveal and parafoveal processing, b) word processing in the form of frequency effects, and c) the impact of eye movement planning and execution on a neuronal as well as behavioral level. A fourth experiment tested the generalizability of the preview effects by replicating preview effects in Chinese sentence reading. Results show a robust effect of parafoveal preview on brain-electric correlates of foveal word recognition in the form of an early effect on the N1 component. The preview effect interacted with word frequency in different ways, revealing interactions between the processing of subsequent words in parafoveal and foveal vision. Preview effects were smaller after low frequency words, showing that parafoveal processing is reduced if foveal processing is complex. Also, parafoveal processing also affected foveal processing: Firstly, by providing preview benefit as described above and secondly, by slowing processing rates after a difficult preview (delayed POF effects). Lastly, foveal word frequency effects were found earlier if valid parafoveal preview had been provided. Preview effects were much stronger if eye movements had to be executed, which is most likely due to pre-saccadic attention shifts. Results show the shortcomings of traditional ERP studies and suggest that research on visual word recognition needs to consider eye movements and parafoveal processing.

A aquisição de sinais cerebrais de bovinos adultos, utilizando um equipamento de transmissão telemétrica dos dados e eletrodos de superfície, foi avaliada neste trabalho através de técnicas de processamento digital de sinais. Foram estudados a melhor disposição dos eletrodos, diferentes métodos de remoção de artefatos e as características em freqüência do sinal. A remoção de artefatos foi feita de duas maneiras: (1) uso de um filtro que substituía valores extremos do sinal por seu valor médio e (2) decomposição utilizando a capacidade de multiresolução das ondaletas. Os resultados obtidos mostraram que apenas trechos de sinal livres de artefatos podem ser processados. O processamento indicou faixas de freqüências em acordo com a literatura. A metodologia usada neste trabalho mostrou-se suficiente para concluir que é possível monitorar e analisar sinais cerebrais de bovinos adultos que podem se mover livremente, sem acrescentar ao experimento o estresse característico de contenção / Acquisition of brain electrical activity from grown bovines, using a telemetric data transmitter system and scalp electrodes, was evaluated in this work. Electrodes placement, different artifact removal methodologies and signal frequency component were studied. Artifacts removal was carried out in two different ways: (1) by means of a filter that replaced elevated amplitude points for the signal’s mean value and (2) decomposition using wavelet multiresolution capability. Results using filters show that only artifact-free signal stretches can be processed. The processing indicated that frequency ranges are in agreement with literature. The methodology applied in this work is enough to conclude that it is possible to analyze brain electrical signal from grown bovines that can move freely, without add restrain stress factors to experiment

INTRODUÇÃO. O objetivo deste estudo foi responder se a transformada wavelet Morlet e as técnicas de aprendizagem de Máquina (ML), chamada Máquinas de Vetores de Suporte (SVM) são adequadas para procurar padrões no EEG que diferenciem controles normais de pacientes com DA. Não há um teste de diagnóstico específico para a doença de Alzheimer (DA). O diagnóstico da DA baseia-se na história clínica, neuropsicológica, exames laboratoriais, neuroimagem e eletroencefalografia. Portanto, novas abordagens são necessárias para permitir um diagnóstico mais precoce e preciso e para medir a resposta ao tratamento. EEG quantitativo (EEGq) pode ser utilizado como uma ferramenta de diagnóstico em casos selecionados. MÉTODOS: Os pacientes eram provenientes do Ambulatório do Grupo de Neurologia Cognitiva e do Comportamento (GNCC) da Divisão de Clínica Neurológica do HCFMUSP ou foram avaliados pelo grupo do Laboratório de Eletrencefalografia Cognitiva do CEREDIC HC-FMUSP. Estudamos EEGs de 74 indivíduos normais (33 mulheres/41 homens, com idade média de 67 anos) e 84 pacientes com provável DA leve a moderada (52 mulheres/32 homens, idade média de 74,7 anos. A transformada wavelet e a seleção de atributos foram processadas pelo software Letswave. A análise SVM dos atributos (bandas delta, teta, alfa e beta) foi calculada usando-se a ferramenta WEKA (Waikato Ambiente para Análise do Conhecimento). RESULTADOS: Na classificação dos grupos controles e DA obteve-se Acurácia de 90,74% e área ROC de 0,90. Na identificação de um único probando dentre todos os demais se conseguiu acurácia de 81,01% e área ROC de 0,80. Desenvolveu-se um método de processamento de EEG quantitativo (EEGq) para uso na diferenciação automática de pacientes com DA versus indivíduos normais. O processo destina-se a contribuir como complemento ao diagnóstico de demência provável principalmente em serviços de saúde onde os recursos sejam limitados / INTRODUCTION. The aim of this study was to answer if Morlet wavelet transform and machine learning techniques (ML), called Support Vector Machines (SVM) are suitable to look for patterns in EEG to differentiate normal controls from patients with AD. There is not a specific diagnostic test for Alzheimer\'s disease (AD). The diagnosis of AD is based on clinical history, neuropsychological testing, laboratory, neuroimaging and electroencephalography. Therefore, new approaches are needed to allow an early diagnosis and accurate to measure response to treatment. Quantitative EEG (qEEG) can be used as a diagnostic tool in selected cases. METHODS: The patients came from the Clinic Group Cognitive Neurology and Behavior (GNCC), Division of Clinical Neurology HCFMUSP or evaluated by the group of the Laboratory of Cognitive electroencephalography CEREDIC HCFMUSP. We studied EEGs of 74 normal subjects (33 females/41 men, mean age 67 years) and 84 patients with mild to moderate probable AD (52 females/32 men, mean age 74.7 years. Wavelet transform and the selection of attributes were processed by software Letswave. SVM analysis of attributes (bands delta, theta, alpha and beta) was calculated using the tool WEKA (Waikato Environment for Knowledge analysis). RESULTS: The group classification of controls and DA obtained an accuracy of 90.74% and ROC area 0.90. The identification of a unique proband among all others was achieved with accuracy of 81.01% and ROC area 0.80. It was developed a method of processing EEG quantitative (qEEG) for use in automatic differentiation of AD patients versus normal subjects. This process is intended to complement the diagnosis of probable dementia primarily in health services where resources are limited

Le cerveau humain est un réseau très complexe. Le fonctionnement cérébral ne résulte donc pas de l'activation de régions cérébrales isolées mais au contraire met en jeu des réseaux distribués dans le cerveau (Bassett and Sporns, 2017; McIntosh, 2000). Par conséquent, l'analyse de la connectivité cérébrale à partir des données de neuroimagerie occupe aujourd'hui une place centrale dans la compréhension des fonctions cognitives (Sporns, 2010). Grâce à son excellente résolution spatiale, l'IRMf est devenue l'une des méthodes non invasives les plus couramment utilisées pour étudier cette connectivité. Cependant, l'IRMf a une faible résolution temporelle ce qui rend très difficile le suivi de la dynamique des réseaux cérébraux. Un défi considérable en neuroscience cognitive est donc l'identification et le suivi des réseaux cérébraux sur des durées courtes (Hutchison et al., 2013), généralement <1s pour une tâche de dénomination d'images, par exemple. Jusqu'à présent, peu d'études ont abordé cette question qui nécessite l'utilisation de techniques ayant une résolution temporelle très élevée (de l'ordre de la ms), ce qui est le cas pour la magnéto- ou l'électro-encéphalographie (MEG ou EEG). Cependant, l'interprétation des mesures de connectivité à partir d'enregistrements effectués au niveau des électrodes (scalp) n'est pas simple, car ces enregistrements ont une faible résolution spatiale et leur précision est altérée par les effets de conduction par le volume (Schoffelen and Gross, 2009). Ainsi, au cours des dernières années, l'analyse de la connectivité fonctionnelle au niveau des sources corticales reconstruites à partir des signaux du scalp a fait l'objet d'un intérêt croissant. L'avantage de cette méthode est d'améliorer la résolution spatiale, tout en conservant l'excellente résolution temporelle de l'EEG ou de la MEG (Hassan et al., 2014; Hassan and Wendling, 2018; Schoffelen and Gross, 2009). Cependant, l'aspect dynamique n'a pas été suffisamment exploité par cette méthode. Le premier objectif de cette thèse est de montrer comment l'approche « EEG connectivité source » permet de suivre la dynamique spatio-temporelle des réseaux cérébraux impliqués soit dans une tache cognitive, soit à l'état de repos. Par ailleurs, les études récentes ont montré que les désordres neurologiques sont le plus souvent associés à des anomalies dans la connectivité cérébrale qui entraînent des altérations dans des réseaux cérébraux «large-échelle» impliquant des régions distantes (Fornito and Bullmore, 2014). C'est particulièrement le cas pour l'épilepsie et les maladies neurodégénératives (Alzheimer, Parkinson) qui constituent, selon l'OMS, un enjeu majeur de santé publique. Dans ce contexte, la demande clinique est très forte pour de nouvelles méthodes capables d'identifier des réseaux pathologiques, méthodes simples à mettre en œuvre et surtout non invasives. Ceci est le deuxième objectif de cette thèse. / The human brain is a very complex network. Cerebral function therefore does not imply activation of isolated brain regions but instead involves distributed networks in the brain (Bassett and Sporns, 2017, McIntosh, 2000). Therefore, the analysis of the brain connectivity from neuroimaging data has an important role to understand cognitive functions (Sporns, 2010). Thanks to its excellent spatial resolution, fMRI has become one of the most common non-invasive methods used to study this connectivity. However, fMRI has a low temporal resolution which makes it very difficult to monitor the dynamics of brain networks. A considerable challenge in cognitive neuroscience is therefore the identification and monitoring of brain networks over short time durations(Hutchison et al., 2013), usually <1s for a picture naming task, for example. So far, few studies have addressed this issue which requires the use of techniques with a very high temporal resolution (of the order of the ms), which is the case for magneto- or electro-encephalography (MEG or EEG). However, the interpretation of connectivity measurements from recordings made at the level of the electrodes (scalp) is not simple because these recordings have low spatial resolution and their accuracy is impaired by volume conduction effects (Schoffelen and Gross, 2009). Thus, during recent years, the analysis of functional connectivity at the level of cortical sources reconstructed from scalp signals has been of increasing interest. The advantage of this method is to improve the spatial resolution, while maintaining the excellent resolution of EEG or MEG (Hassan et al., 2014; Hassan and Wendling, 2018; Schoffelen and Gross, 2009). However, the dynamic aspect has not been sufficiently exploited by this method. The first objective of this thesis is to show how the EEG connectivity approach source "makes it possible to follow the spatio-temporal dynamics of the cerebral networks involved either in a cognitive task or at rest. Moreover, recent studies have shown that neurological disorders are most often associated with abnormalities in cerebral connectivity that result in alterations in wide-scale brain networks involving remote regions (Fornito and Bullmore, 2014). This is particularly the case for epilepsy and neurodegenerative diseases (Alzheimer's, Parkinson's) which constitute, according to WHO, a major issue of public health.In this context, the need is high for new methods capable of identifying Pathological networks, from easy to use and non-invasive techniques. This is the second objective of this thesis.

Le Trouble de Stress Post-Traumatique (TSPT) est une pathologie fréquente, touchant près de 8 % de la population générale. Cette pathologie psychiatrique s’exprime par un carré symptomatique incluant un syndrome de répétition, d’évitement, une hyperactivation neurovégétative ainsi qu’une altération négative des cognitions et de l’humeur. Un des traitements les plus efficaces dans cette pathologie est une psychothérapie nommée EMDR pour Eye Movement Desensitization and Reprocessing. Bien que cette thérapie ne soit plus à faire la preuve de son efficacité, les mécanismes d’actions de celle-ci demeurent encore aujourd’hui à l’état d’hypothèse. L’objectif de notre travail de thèse fut d’explorer le mécanisme d’action de la thérapie EMDR à travers différents paradigmes en EEG, TEP-scanner et IRMf, en comparant l’activité cérébrale avant et après traitement ou pendant les stimulations bilatérales alternées. Nous avons pu démontrer que la thérapie EMDR modifiait l’activité cérébrale d’un réseau cérébral impliqué dans le traitement émotionnel et la mémoire et d’une structure en particulier, le précuneus. Les stimulations bilatérales alternées qui sous-tendent l’action de l’EMDR activent elles aussi une partie de ce réseau expliquant l’impact de l’EMDR sur la mémoire traumatique. Pour la première fois, nous avons également montré que l’activité du précuneus avant traitement est capable de prédire l’intensité de la diminution des symptômes de TSPT. La durée du sommeil paradoxal avant traitement permet quant à elle de prédire le nombre de séances nécessaires pour obtenir la rémission. / Post-Traumatic Stress Disorder (PTSD) is a common condition affecting nearly 8% of the general population. This psychiatric pathology is expressed by a symptomatic square including a syndrome of repetition, avoidance, neurovegetative hyperactivation and a negative alteration of cognitions and mood. One of the most effective treatments in this pathology is a psychotherapy called EMDR for Eye Movement Desensitization and Reprocessing. Although this therapy no longer needs to prove its effectiveness, its mechanisms of action are still at the hypothesis stage today. The objective of our thesis work was to explore the mechanism of action of EMDR therapy through different paradigms in EEG, PET-scanner and fMRI, comparing brain activity before and after treatment or during bilateral alternating stimuli. We were able to demonstrate that EMDR therapy altered the brain activity of a brain network involved in emotional treatment and memory and of a particular structure, the precuneus. The alternating bilateral stimuli underlying the action of EMDR also activate part of this network explaining the impact of EMDR on traumatic memory. For the first time, we also have shown that the activity of the precuneus before treatment is able to predict the magnitude of the decrease in PTSD symptoms. The length of REM sleep before treatment can predict the number of sessions needed to reach remission.