L’épilepsie est une pathologie chronique. Elle se définit par la répétition de manifestations cliniques paroxystiques appelées aussi crises d’épilepsie. Ces crises résultent d’un dysfonctionnement cérébral généralisé ou focalisé dû à une décharge électrique anormale. L’électroencéphalographie (EEG) est la méthode de référence permettant l’enregistrement de l’activité électrique du cerveau. Lors d’une crise d’épilepsie, les signaux EEG prennent une allure sinusoïdale et se caractérisent par une grande intensité. Génératrice de signaux EEG, les populations neuronales se synchronisent pour créer un système dynamique. Les changements d’état des oscillations des signaux EEG, variables au cours de temps, passage d’un état stable à un état instable, reflètent le début d’une crise d’épilepsie.Dans ce cadre, l’objectif de cette thèse est de proposer une nouvelle approche de prédiction de l’avènement d’une crise d’épilepsie et de localisation des générateurs corticaux associés tout en employant un minimum d’électrodes crâniennes. Cette approche permet d’alerter le malade et son entourage afin qu’ils puissent prendre les précautions nécessaires.Pour assurer une détection précoce des prémices de la crise et une localisation précise de ses origines focales éventuelles, nous proposons une méthode fiable basée en premier lieu sur la modélisation autorégressive multivariable des signaux EEG. Cette modélisation génère des coefficients capables de décrire les changements de l’état de ce système dynamique. Une Analyse en Composantes Principales basée sur l’extraction des valeurs propres du système a été utilisée pour calculer un Indice de stabilité. La variation temporelle de cet indice permet de déterminer l’état de stabilité du système avant, pendant et après la crise d’épilepsie et de détecter d’éventuelles anomalies paroxystiques précritiques. Nos principales contributions sont comme suit :- La modélisation autorégressive et l’analyse de la stabilité pour la détection précoce de la survenue des crises d’épilepsie tout en utilisant un nombre minimal d’électrodes EEG crâniennes.La méthodologie proposée comporte quatre phases principales : un prétraitement adapté pour améliorer la qualité du signal, une extraction des paramètres pertinents du modèle autorégressif, un calcul de l’Indice de stabilité et une analyse des périodes de crises.La fiabilité de notre méthode et la pertinence de nos résultats ont a été prouvée en les comparant avec d’autres méthodes rapportées par l’état de l’art et validées sur la même base de données (CHB-MIT).- Meilleur localisation spatiotemporelle des régions des décharges électriques épileptiques sur le cortex, suite à l’amélioration de la résolution surfacique de l’EEG par l'intégration des électrodes virtuellesLes décharges électriques naissent dans des points du cortex cérébral et se propage vers d’autres points du même hémisphère ou d’un autre hémisphère. Le suivi de la propagation de ces décharges permet de contrôler l’état de conscience du malade. Il s’agit de différencier une crise focale d’une crise généralisées qui se manifestent par une altération de conscience. L’étude que nous avons menée consiste à localiser de manière fiable et précise les régions cérébrales impliquées dans la crise et à suivre leurs évolutions au cours du temps. Cette étude comporte trois phases principales :Dans un troisième temps, le suivi de l’évolution spatiotemporelle des décharges épileptiques détectées par les électrodes permet d’évaluer l’état du malade et de prédire d’éventuelles altérations de la conscience. Dans les cas d’un décharge électrique épileptique du lobe fronto-temporale ou de plusieurs régions sur les deux hémisphères, le malade passe par une altération momentanée de conscience / Epilepsy is a chronic pathology defined by the repetition of clinical paroxysmal manifestations called crises. These crises are the result of a generalized or focal brain dysfunction due to an abnormal electrical discharge. The electroencephalography (EEG) is the reference method allowing the recording of the electrical activity of the brain. During an epileptic crisis, EEG signals are of sinusoidal nature and characterized by a high intensity. Generator of the EEG signals, the neuronal populations sync to create a dynamic system. The changes of the oscillations state of the EEG signals, variables over the time, passage of a stable state to an unstable state, reflect the beginning of an epileptic crisis.The conceptual framework of this thesis describes the objective to propose a new approach to predict the occurrence of epileptic crisis and localize the cortical generators associated with the minimum of cranial electrodes. This approach allows alerting the patient and his entourage so that they can take necessary precautions.To ensure early detection of the crisis onset and a precise location of its focuses, we propose a reliable method based firstly on the Multivariate Autoregressive modeling of EEG signals. This modeling generates coefficients capable to describe early changes in the dynamic system state. A Principal Components Analysis based on the extraction of values own of the system has been used to calculate an index of stability. The temporal variation of this index is used to determine the stability of system before, during and after epilepsy and to detect any paroxysmal abnormalities precritical. Our main contributions are as follows:- The Autoregressive Modeling and stability analysis for the early detection occurrence of seizures by using a minimum number of cranial EEG electrodesThe proposed methodology has four main phases: a pretreatment adapted to improve the quality of the signal, an extraction of the relevant parameters of the autoregressive model, a calculation of the stability index and the analysis of crises periods.The reliability of our method and the relevance of our results have been proved by comparing them with other methods reported by the state of the art and validated on the same database (CHB-MIT).- Best spatiotemporal localization of epileptic electric discharge regions on the cortex, following the improvement of the surface resolution of the EEG by the integration of virtual electrodesElectrical discharges are born in the points of the cerebral cortex and propagated to other points in the same hemisphere or of the other hemisphere. The monitoring of the spread of these discharges allows controlling the state of consciousness of the patient. The study that has been conducted is to locate the brain regions involved in the crisis reliably and precisely and monitoring their evolution over time. This study consists of three main phases:In a third phase, the spatiotemporal evolution of the epileptic discharges detected by the electrodes makes it possible to evaluate the patient's condition and to predict possible alterations in consciousness. In the case of an epileptic electric discharge of the fronto-temporal lobe or of several regions on the two hemispheres, the patient passes through a momentary alteration of consciousness

La navigation spatiale désigne la capacité de s'orienter et se repérer dans un environnement, et est particulièrement altérée chez les personnes âgées. Dans ce travail de thèse, nous proposons d'identifier les mécanismes sous-tendant le déclin de cette fonction chez les seniors. Nous avons comparé les performances de participants âgés à celles de sujets jeunes lors de tâches spatiales, et employé la technique des potentiels évoqués (PE) afin d’analyser les mécanismes neuronaux sous-jacents. Nous avons montré une atteinte de la localisation allocentrique chez les seniors, tandis que la localisation égocentrique semble préservée. Nous avons étudié l'efficience de processus visuo-perceptifs et attentionnels chez les sujets âgés. L'analyse des PE montre une préservation des processus perceptifs avec l'âge, tandis que les processus d'attention spatiale semblent particulièrement décliner. Enfin, les processus d'encodage spatial semblent également affectés chez les sujets âgés. / Spatial navigation refers to the ability to find one's way in complex environments, and is particularly affected in elderly individuals. We aimed to better understand the mechanisms underlying age-related deficits in spatial navigation, focusing on early cognitive processes. For this purpose, we compared performances obtained by elderly individuals above 60 years and by younger adults during spatial tasks, and used the event-related potentials (ERP) technique to investigate underlying neural processes. First, we found that allocentric localization is impaired in aging, whereas egocentric localization seems to be preserved. Then, we investigated the role of visuo-perceptive or attentional processes in spatial cognition, and their preservation in aging. ERP showed that perceptive processes seem to be preserved in elderly individuals, whereas spatial attention processes were impaired in these subjects. Finally, we showed that encoding processes are also particularly affected by aging.

La reconstruction des sources de l'activité cérébrale à partir des mesures de potentiel fournies par un électroencéphalographie (EEG) nécessite de résoudre le problème connu sous le nom de « problème inverse de l'EEG ». La solution de ce problème dépend de la solution du « problème direct de l'EEG », qui fournit à partir de sources de courant connues, le potentiel mesuré au niveau des électrodes. Pour des modèles de tête réels, ce problème ne peut être résolut que de manière numérique. En particulier, les équations intégrales de surfaces requièrent uniquement la discrétisation des interfaces entre les différents compartiments constituant le milieu cérébral. Cependant, les formulations intégrales existant actuellement ne prennent pas en comptent l'anisotropie du milieu. Le travail présenté dans cette thèse introduit deux nouvelles formulations intégrales permettant de palier à cette faiblesse. Une formulation indirecte capable de prendre en compte l'anisotropie du cerveau est proposée. Elle est discrétisée à l'aide de fonctions conformes aux propriétés spectrales des opérateurs impliqués. L'effet de cette discrétisation de type mixe lors de la reconstruction des sources cérébrales est aussi étudié. La seconde formulation se concentre sur l'anisotropie due à la matière blanche. Calculer rapidement la solution du système numérique obtenu est aussi très désirable. Le travail est ainsi complémenté d'une preuve de l'applicabilité des stratégies de préconditionnement de type Calderon pour les milieux multicouches. Le théorème proposé est appliqué dans le contexte de la résolution du problème direct de l'EEG. Un préconditionneur de type Calderon est aussi introduit pour l'équation intégrale du champ électrique (EFIE) dans le cas de structures unidimensionnelles. Finalement, des résultats préliminaires sur l'impact d'un solveur rapide direct lors de la résolution rapide du problème direct de l'EEG sont présentés. / Electroencephalography (EEG) is a very useful tool for characterizing epileptic sources. Brain source imaging with EEG necessitates to solve the so-called EEG inverse problem. Its solution depends on the solution of the EEG forward problem that provides from known current sources the potential measured at the electrodes positions. For realistic head shapes, this problem can be solved with different numerical techniques. In particular surface integral equations necessitates to discretize only the interfaces between the brain compartments. However, the existing formulations do not take into account the anisotropy of the media. The work presented in this thesis introduces two new integral formulations to tackle this weakness. An indirect formulation that can handle brain anisotropies is proposed. It is discretized with basis functions conform to the mapping properties of the involved operators. The effect of this mixed discretization on brain source reconstruction is also studied. The second formulation focuses on the white matter fiber anisotropy. Obtaining the solution to the obtained numerical system rapidly is also highly desirable. The work is hence complemented with a proof of the preconditioning effect of Calderon strategies for multilayered media. The proposed theorem is applied in the context of solving the EEG forward problem. A Calderon preconditioner is also introduced for the wire electric field integral equation. Finally, preliminary results on the impact of a fast direct solver in solving the EEG forward problem are presented.

La présente thèse étudie le rôle de l'accent prosodique (accent de mot vs. accent de syntagme) lors du traitement auditif de paires minimales ambigües (mots composés vs. syntagmes) du chinois mandarin. Deux types de paires minimales ont été utilisés: 1) Mots composés avec un ton neutre (ex: dong3xi0 « chose ») vs. Syntagme avec un ton plein (ex: dong3xi1 « est et ouest ») qui se distinguent par la réalisation du ton sur la syllabe finale ; 2) Mots composés Verbe-Nom (VN) (ex: 'chaofan « riz frit ») vs. Syntagmes Verbe-Objet (VO) (ex: chao'fan « frire du riz ») se distinguant par la position de l'accent prosodique. Nos données comportementales et neurophysiologiques démontrent que : 1) la syllabe finale est plus longue et l'étendue de la F0 est plus large dans les VO que dans les VN, 2) la prosodie assiste le système de traitement pour anticiper la structure morphologique des séquences ambigües, et 3) un traitement hiérarchique « de droite-à-gauche » des informations prosodiques en complément d'un traitement séquentiel « de gauche-à-droite » prend place en chinois mandarin. Prises dans leur ensemble, nos données précisent la description fonctionnelle et structurale du modèle Prosody-Assisted-Processing (PAP) pour le chinois mandarin. / The present thesis investigates the role of prosodic stress (i.e. lexical versus phrasal stress) on the auditory processing of Mandarin Chinese ambiguous compound /phrase minimal pairs. Two types of compound/phrase minimal pairs were used: 1) Compound word with a neutral tone (e.g. dong3xi0 "thing") vs. phrase with a full tone (e.g. dong3xi1 "east and west") distinguished by the final syllable tone realization; 2) Verb-Noun (VN) compound word (e.g. 'chaofan "fried rice") and Verb-Object (VO) phrase (e.g. chao'fan "fry the rice") distinguished by the position of the prosodic stress. Combined behavioral and neurophysiological data demonstrate that 1) the final syllable was more lengthened and the F0 range was larger in VO than in VN, 2) prosodic structure does assist the processing system in anticipating morphological structure, and 3) a right-to-left hierarchical processing of prosodic information in addition to a sequential left-to-right one is involved during the processing of ambiguous spoken sequences in Mandarin Chinese. Taken together, our findings allowed us to precise the functional and structural description of the Prosody-Assisted-Processing (PAP) model for Mandarin Chinese.

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<p style="text-align: justify">Cilj ove doktorske disertacije je da predstavi model i računarski sistem koji re&scaron;ava problem osoba sa invaliditetom koja nisu u mogućnosti da koriste ruke ili funkciju govora u ostvarivanju komunikacije. Disertacija se bavi problematikom mogućnosti primene ekonomski pristupačnih asistivnih tehnologija u domenu primene servisa elektronske uprave. Od asistivnih tehnologija disertacija istražuje mogućnosti primene neinvazivne BCI tehnologije u poređenju sa sistemima baziranih na HD kamerama. Razvijen je računarski sistem koji omogućava integraciju u operativni sistem i upotrebu računara za unos komandi upotrebom detekcije moždanih talasa.</p> / <p>The main objective of this doctoral thesis is to present the model and a computer system that solves the communication problem of people with disabilities (people who cannot use their hands or the function of speech communication). The dissertation researches the possibility to apply economic affordable assistive technologies in the field of application of e-government services. Thesis explores the possibilities of application of non-invasive BCI technology compared to systems based on HD<br />cameras. Has been developed a computer system that allows the integration into the<br />operating system that allow to enter commands by the detection of brain waves.</p>

Background. Attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) patients have been reported to display deficits in action control processes. While it is known that subliminally and consciously induced conflicts interact and conjointly modulate action control in healthy subjects, this has never been investigated for ADHD. Method. We investigated the (potential) interaction of subliminally and consciously triggered response conflicts in children with ADHD and matched healthy controls using neuropsychological methods (event-related potentials; ERPs) to identify the involved cognitive sub-processes. Results. Unlike healthy controls, ADHD patients showed no interaction of subliminally and consciously triggered response conflicts. Instead, they only showed additive effects as their behavioural performance (accuracy) was equally impaired by each conflict and they showed no signs of task-goal shielding even in cases of low conflict load. Of note, this difference between ADHD and controls was not rooted in early bottom-up attentional stimulus processing as reflected by the P1 and N1 ERPs. Instead, ADHD showed either no or reversed modulations of conflict-related processes and response selection as reflected by the N2 and P3 ERPs. Conclusion. There are fundamental differences in the architecture of cognitive control which might be of use for future diagnostic procedures. Unlike healthy controls, ADHD patients do not seem to be endowed with a threshold which allows them to maintain high behavioural performance in the face of low conflict load. ADHD patients seem to lack sufficient top-down attentional resources to maintain correct response selection in the face of conflicts by shielding the response selection process from response tendencies evoked by any kind of distractor.

This master’s thesis deals with issues of the detection of K-complexes in EEG sleep signals. Record from an electroencephalograph is important for non-invasive diagnosis and research of brain activity. The scanned signal is used to examine sleep phases, disturbances, states of consciousness and the effects of various substances. This work follows the automatic detection of K-complexes, because the manual labeling of graphoelements is complicated. Two approaches were used –Stockwell transform and bandpass filtration followed by TKEO operator application. All algorithms were created in the MATLAB R2014a.

This master‘s thesis presents the problems of EEG bio-feedback and its application for relaxing a person. It deals with the requirements of the sensing electrode and the biological signal amplifiers. The main substance of my thesis is the proposal of Alpha monitor, a device that uses the electrical activity of alpha brain waves for the realization of biological EEG feedback. The device concept takes into consideration the requirements of users’ security and also characteristics of alpha activity, which define the requirements for signal processing circuits and for propositions of the aural transducer. This master‘s thesis analyses given submission, proposes particular circuits, presents the overall electrical diagram and the list of components. The overall electrical diagram and single circuits are drawn within the EAGLE 5.7.0.

The main objective of this diploma thesis is to describe simultaneous electroencephalography-correlated functional magnetic resonance imaging analysis using EEG data processing. It includes basic characteristics of EEG and fMRI recording and analysis and their combination as simultaneous EEG/fMRI analysis and deals with obstructions during its processing. The thesis includes a design of an experiment used for recording and analysis of simultaneous EEG/fMRI data using EEG source reconstruction for regressor construction. Thesis incorporates a software solution used for extraction of signal describing a source activity interpolated by EEG source reconstruction. The signal is then processed and used to construct a basic regressor. The thesis also deals with the software solution being used for a study focused on intracranial epileptic discharges localization using a simultaneous EEG/fMRI analysis in which it reveals source activity during ongoing epileptic spike and summarizes the results.