A brain-computer interface (BCI) allows individuals to communicate through the modulation of regional brain activity. Clinical near-infrared spectroscopy (NIRS) is used to monitor changes in cerebral blood oxygenation due to functional activation. It was hypothesized that visually-cued emotional induction tasks can elicit detectable activity in the prefrontal cortex. Data were collected from eleven participants as they performed positively and negatively-valenced emotional induction tasks. Baseline and activation trials were classified offline with accuracies from 75.0-96.7% after applying a feature selection algorithm to determine optimal performance parameters for each participant. Feature selection identified common discriminatory features across participants and relationships between performance parameters. Additionally, classification accuracy was used to quantify NIRS hemodynamic response latency. Significant increases in classification rates were found as early as 2.5 s after initial stimulus presentation. These results suggest the potential application of emotional induction as a NIRS-BCI control paradigm.

A brain-computer interface (BCI) allows individuals to communicate through the modulation of regional brain activity. Clinical near-infrared spectroscopy (NIRS) is used to monitor changes in cerebral blood oxygenation due to functional activation. It was hypothesized that visually-cued emotional induction tasks can elicit detectable activity in the prefrontal cortex. Data were collected from eleven participants as they performed positively and negatively-valenced emotional induction tasks. Baseline and activation trials were classified offline with accuracies from 75.0-96.7% after applying a feature selection algorithm to determine optimal performance parameters for each participant. Feature selection identified common discriminatory features across participants and relationships between performance parameters. Additionally, classification accuracy was used to quantify NIRS hemodynamic response latency. Significant increases in classification rates were found as early as 2.5 s after initial stimulus presentation. These results suggest the potential application of emotional induction as a NIRS-BCI control paradigm.

L’objectif de cette thèse est d’étudier l’effet que peuvent avoir les émotions, au travers de l’induction d’un état émotionnel, sur les capacités rédactionnelles, orthographiques et mnésiques d’enfants au sein du contexte scolaire. Plus précisément, en lien avec le modèle élaboré par Ellis et Ashbrook (Resource Allocation Model of Cognitive Interference, 1988), puis modifié par la suite par Ellis et Moore (1999), la thèse selon laquelle les ressources cognitives disponibles varieraient en fonction de l’état émotionnel du participant est défendue. L’influence des émotions (positive, négative et neutre) est testée sur les exercices de la rédaction de texte, de la dictée et sur une tâche de mesure de la mémoire de travail phonologique, auprès d’enfants de CM1 et CM2.Les résultats montrent que les émotions négatives sont responsables de variations sur la longueur des textes et sur l’utilisation du lexique dans le cadre des processus rédactionnels (expérience 1), mais aussi d’une diminution des performances en mémoire de travail phonologique (expérience 3). En revanche, l’induction d’une émotion positive ou négative est responsable d’une perturbation sur le plan des processus orthographiques résultant en une augmentation du nombre d’erreurs d’orthographe dans le cadre de l’exercice de la dictée (expérience 2). En conclusion, il est montré que les émotions peuvent avoir un effet perturbateur, parasitant sur certains processus cognitifs complexes chez l’enfant. De plus, ce travail a aussi permis d’interroger l’effet des activités scolaires sur le ressenti émotionnel des enfants de CE2 et CM2 (expérience 4). Il a ainsi été mis en évidence que selon l’âge des enfants et l’activité pratiquée (écoute d’un texte lu à l’oral et dictée), le ressenti émotionnel varie grandement, mais aussi que l’état émotionnel initial est corrélé aux performances en dictée.Finalement, les résultats sont discutés en lien avec le modèle considéré (Ellis & Moore, 1999). Des ouvertures expérimentales sont proposées afin d’améliorer les connaissances de l’effet des émotions sur les capacités de langage écrit des enfants d’âge scolaire. / The aim of this thesis was to study the effects of emotions, through the induction of an emotional state, on the writing processes, spelling performances and working memory capacities in children in school context. More specifically, in relation to the model developed by Ellis and Ashbrook (Resource Allocation Model of Cognitive Interference, 1988) and subsequently modified by Ellis and Moore (1999), the thesis that the cognitive resources available could vary depending on the emotional state of the participant was supported. The influence of emotions (positive, negative and neutral) was tested on the exercise of writing text, dictation and on phonological working memory, in 4th and 5th graders.The results showed that negative emotions were responsible for variations in the length of text and the use of vocabulary in the writing processes (experiment 1), and also of a decrease in performances in phonological working memory (Experiment 3). In contrast, the induction of a positive or negative emotion was responsible for a disturbance in terms of orthographic processes resulting in an increase in the number of spelling errors during dictation (experiment 2 ). In conclusion, it was showed that emotions could have a disruptive effect on some complex cognitive processes in children. In addition, this work also allowed questioning the effect of school activities on the affective states in 3rd and 5th graders (experiment 4). It has been shown that the affective states varies greatly according to the age of children and activity practiced (listening to a text and dictation), but also that the initial affective states were correlated with performances in dictation.

Le sommeil constitue une activité indispensable à l’adaptation et à la survie des organismes supérieurs. Chez l’être humain, il aurait un rôle dans l’intégration des expériences diurnes, de manière à préparer l’individu à la période de veille consécutive. Du fait de la pertinence adaptative des émotions, il a récemment été proposé que les émotions pré-hypniques pourraient influencer le déroulement du sommeil lequel modulerait la réactivité émotionnelle au réveil. Toutefois, ce lien bi-directionnel entre émotion et sommeil demeure peu caractérisé, notamment de par sa complexité et la difficulté à concilier les diverses approches méthodologiques. Dans ce contexte, l’objectif de la présente thèse était double : d’une part, déterminer l’impact de l’induction d’états émotionnels diurnes sur les caractéristiques du sommeil ; d’autre part, évaluer l’influence de ces états sur la réactivité émotionnelle au réveil. La programmation expérimentale a conduit à la mise en place de trois types de séquences vidéos émotionnelles, négatives, neutres ou positives, de manière à induire un état émotionnel diurne chez des participants, français ou japonais. Deux expérimentations ont eu lieu : l’une, testait l’impact des séquences émotionnelles sur l’état émotionnel des participants ; l’autre, visait à déterminer l’influence d’états émotionnels pré-hypniques sur les paramètres du sommeil et sur la réactivité à des expressions émotionnelles faciales, présentées peu après le réveil consécutif. Ces expérimentations ont permis d’obtenir plusieurs résultats novateurs. En premier lieu, il a pu être montré que les séquences vidéos induisaient des états émotionnels congruents en phase pré-hypnique. En deuxième lieu, ces états émotionnels pré-hypniques modifiaient la distribution des stades du sommeil consécutif ainsi que l’activité neurovégétative associée. En troisième lieu, nous avons pu observer que l’induction émotionnelle pré-hypnique entrainait des modifications de la réactivité émotionnelle après la période de sommeil consécutive, lors de la présentation de visages exprimant des intensités émotionnelles variables. L’interprétation des principaux résultats conduit à supposer que l’augmentation du temps passé en stade REM (Rapid Eye Movement) notamment, suite aux stimulations pré-hypniques, pourrait être l’indice d’un traitement particulier des expériences émotionnelles diurnes. Prenant appui sur cette hypothèse, il n’est pas exclu que ce traitement puisse constituer un médiateur des modifications de la réactivité émotionnelle observées lors du réveil.En conclusion, les recherches présentées dans cette thèse, fondées sur une méthodologie d’induction émotionnelle, nouvelle et standardisée, apportent des informations originales sur les liens bi-directionnels entre les émotions de la période de veille et le déroulement du sommeil. Sous réserve d’expérimentations supplémentaires, ces travaux suggèrent des questionnements nouveaux sur le rôle des émotions, notamment positives, sur le sommeil et les états émotionnels consécutifs. D’un point de vue prospectif, l’idée de l’utilisation du sommeil comme un levier efficace dans la régulation des émotions se trouve renforcée. / Sleep constitutes a major component of adaptation and survival in evolved organisms. In humans, sleep could have a role in the integration of daytime experiences, preparing by this way individuals for consecutive wake period. Due to the adaptive relevance of emotions, it has recently been proposed that pre-hypnic emotions could influence the sleep course, which could modulate emotional reactivity at awakening. However, the bi-directional link between emotion and sleep remains unclear, this being explained by the complexity of such link and by the difficulty of reconciling the diversity of methodological approaches. In this context, the aim of this thesis was twofold: first, determine the impact of induced daytime emotional states on sleep characteristics; second, assess the influence of these states on the emotional reactivity at the awakening.The experimental program led to the presentation of three types of emotional movies, negative, neutral or positive, in order to induce a diurnal emotional state, in French or Japanese participants. Two experiments were carried out: one tested the impact of the emotional movies on the individual emotional states; the other determined the influence of pre-hypnic induced emotional states on sleep parameters and responsiveness to emotional facial expressions, presented to the participant at the subsequent awakening.These experiments allowed to obtain several new results. Firstly, it was shown that emotional movies induced congruent emotional states during the pre-hypnic period. Secondly, these pre-hypnic emotional states influenced the distribution of sleep stages and associated autonomic activity during the consecutive night of sleep. Thirdly, we observed that the pre-hypnic emotional induction modulated the emotional reactivity after the sleep period, during the presentation of faces expressing emotions at different intensities. The interpretation of main results can lead to the speculation that the increase of time spent in REM (Rapid Eye Movement) stage, following the pre-hypnic emotional stimulations, can be a marker of central processes related to daytime emotional experiences. Based on this assumption, such processes could be a required mediator for emotional reactivity changes observed upon awakening.In conclusion, researches presented in this thesis, subtended by a new and standardized methodology of emotional induction, provide original information about the bi-directional links between diurnal emotions and sleep course. Subject to additional experimentations, this work brings new questions about the role of emotions, particularly positive ones, on sleep and subsequent emotional states. From a prospective point of view, reported data reinforces the idea that considers the sleep as an efficient lever to regulate emotions.