La schizophrénie est un trouble de santé mentale sévère, caractérisée par des altérations neurobiologiques marquées. Un biomarqueur notoire de ce trouble est la dysconnectivité cérébrale fonctionnelle, détectée grâce à l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. Celle-ci se retrouve principalement au niveau des réseaux neurocognitifs qui sous-tendent les fonctions cérébrales supérieures. Toutefois, les altérations de connectivité fonctionnelle cérébrale ne sont pas uniques à la schizophrénie, elles sont également retrouvées dans plusieurs autres troubles de santé mentale. Le premier objectif de cette thèse doctorale est d’effectuer une méta-analyse sur la dysconnectivité cérébrale fonctionnelle à l’état de repos pour dissocier les altérations spécifiques à la schizophrénie de celles qui sont communes aux troubles de l’humeur. Ce projet novateur basé sur l’extraction de labels neuroanatomiques inclut 428 articles scientifiques. Les résultats confirment des altérations transdiagnostiques des réseaux neurocognitifs et soulignent une dysconnectivité spécifique des réseaux sensorimoteurs dans la schizophrénie. Parmi les altérations des réseaux neurocognitifs, une hyperconnectivité entre le réseau central exécutif (REC) et le réseau du mode par défaut (RMD) est associée à des déficits de mémoire de travail dans la schizophrénie, c’est-à-dire à des difficultés de mémorisation et de manipulation d’informations à court terme. Actuellement, aucun traitement efficace n’existe contre ces déficits. La stimulation magnétique transcrânienne (SMT), déjà approuvée comme traitement dans la dépression, est une piste de thérapie prometteuse. Elle agit en modulant spécifiquement les réseaux de connectivité dysfonctionnels. Jusqu’à présent, les effets de l'application de la SMT pour diminuer les déficits de mémoire de travail dans la schizophrénie sont mitigés. Une explication potentielle s’oriente vers la position de la cible de stimulation sur le cortex qui est standardisée et ne prend pas en compte l'importante variabilité interindividuelle dans l'organisation spatiale des réseaux de connectivité fonctionnelle. D'autres paramètres méthodologiques comme l’intensité de stimulation ont aussi un impact sur l’effet de la stimulation. Le second projet de cette thèse consiste à réaliser une étude rétrospective chez les sujets sains afin de confirmer l'importance de cibler spécifiquement le REC par la SMT pour induire une modulation fonctionnelle de celui-ci en fonction de l’intensité de stimulation. Nos résultats montrent que la stimulation spécifique du REC induit une diminution de la connectivité entre le REC et le RMD pour des intensités de stimulation plus faibles. Finalement, le troisième projet de cette thèse a pour objectif d'examiner prospectivement, dans la schizophrénie, l’impact d'une SMT personnalisée par rapport à une SMT standard sur la connectivité fonctionnelle à l’état de repos et les performances de mémoire de travail. La cible de la SMT personnalisée a été définie selon les patrons de connectivité individualisée des participants. L’analyse des données a mis en évidence une instabilité prononcée des réseaux de connectivité qui ne nous a pas permis de conclure quant à l’avantage d’une cible personnalisée pour diminuer l’hyperconnectivité entre REC et RMD et les déficits de mémoire de travail dans la schizophrénie. Toutefois, une relation avec la force de la connectivité préstimulation a été identifiée. En conclusion, cette thèse souligne deux points majeurs pour caractériser l’étiologie et le développement de thérapies efficaces pour diminuer les déficits de mémoire de travail dans la schizophrénie. Premièrement, elle confirme la dysconnectivité transdiagnostique des réseaux neurocognitifs dans les troubles psychiatriques et souligne les altérations spécifiques des fonctions sensorimotrices dans la schizophrénie. Deuxièmement, elle démontre l'importance de déterminer des paramètres de stimulation fiables et individualisés pour optimiser l’efficacité de la SMT. / Schizophrenia is a severe mental illness characterized by substantial neurobiological alterations. A notable biomarker of this mental disorder is the functional brain dysconnectivity identified through functional magnetic resonance imaging. The functional brain connectivity alterations are mainly detected within the neurocognitive networks underlying higher brain functions. However, these dysfunctions are not unique to schizophrenia and are also found in other psychiatric disorders. The first objective of this doctoral thesis is to conduct a meta-analysis on resting-state functional brain dysconnectivity in schizophrenia and mood disorders to reveal commonalities and specificities of alterations, based on mean group effects. This innovative project based on the extraction of neuroanatomical labels includes 428 scientific articles. Meta-analytic results confirm transdiagnostic alterations in neurocognitive networks and highlight a specific dysconnectivity in sensorimotor networks in schizophrenia. Among neurocognitive networks alterations, hyperconnectivity between the central executive network (CEN) and the default mode network (DMN) is associated with working memory deficits in schizophrenia, i.e. difficulties to temporarily hold and manipulate information in memory. Currently, there are no effective treatments for these deficits. Transcranial magnetic stimulation (TMS), already approved for depression, is a promising therapeutic approach. This neuromodulation tool operates by modulating dysfunctional connectivity networks. However, TMS effects to decrease working memory deficits in schizophrenia are mixed. A potential explanation lies in the standardized positioning of the stimulation target on the cortex, which does not account for significant inter-individual variability in the spatial organization of functional connectivity networks. Other methodological parameters, such as stimulation intensity, also impact the stimulation's effectiveness. The second project of this thesis aimed to conduct a retrospective study in healthy subjects to confirm the importance of specifically targeting the CEN to induce a functional modulation of these network. The impact of stimulation intensity was also evaluated. Results showed that a specific stimulation of CEN led to a decreased of the functional connectivity between the CEN and the DMN for subthreshold intensities. Finally, a third project aimed to prospectively examine, in schizophrenia, the effects of a personalized TMS compared to a standard TMS on resting-state functional connectivity and working memory performance. Personalized TMS targets were defined based on patients’ individual connectivity patterns. The data analysis revealed a pronounced instability in connectivity networks, which did not allow us to conclude on the advantage of a personalized target to reduce hyperconnectivity between the CEN and the DMN and working memory deficits in schizophrenia. However, a relationship with pre-stimulation connectivity strength was identified. In conclusion, this thesis highlights two major points for characterizing the etiology and the development of optimal TMS to reduce working memory deficits in schizophrenia. First, it confirms the transdiagnostic dysconnectivity of neurocognitive networks in psychiatric disorders and highlights specific alterations of sensorimotor functions in schizophrenia. Second, it demonstrates the importance of identifying reliable and individualized stimulation parameters to optimize the TMS.

Les prairies semi-naturelles constituent des espaces multifonctionnels susceptibles de rendre de nombreux services à la société. Ce sont en particulier des agro-écosystèmes favorables à l'expression d'une grande diversité floristique et faunistique. Le pâturage peut constituer un mode de gestion durable de ces espaces adapté à des objectifs de préservation et de restauration de la diversité, pouvant concilier enjeux écologiques et agronomiques. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est d'arriver à une meilleure compréhension de la réponse des communautés végétales au pâturage et des conséquences fonctionnelles associées en utilisant comme modèle d'étude, trois communautés végétales rencontrées dans les prairies humides du Marais Poitevin. Cet objectif requiert d'étudier le pâturage à la lumière de deux problématiques majeures de l'écologie des communautés : (i) l'étude des règles d'assemblage des communautés et (ii) l'étude du lien entre la structure des communautés et le fonctionnement des écosystèmes. Pour cela, une approche fonctionnelle basée sur les traits des espèces se révèle pertinente. Nous avons montré que le pâturage a un impact positif sur la richesse et la diversité floristiques des trois communautés étudiées. Au sein de chacune de ces communautés, le patron de pâturage hétérogène des herbivores est à l'origine d'une hétérogénéité de la structure de la végétation qui se présente sous la forme d'une mosaïque de types de patchs caractérisés par des compositions floristiques et des abondances relatives des espèces contrastées. L'impact positif du pâturage sur la diversité et la richesse floristiques des communautés résulte à la fois (i) des variations de la composition floristique et des abondances relatives des espèces entre patchs et (ii) de l'impact des herbivores sur la diversité et la richesse spécifiques de la végétation à l'échelle intra-patch. Les variations de la composition floristique observées entre types de patchs sont le résultat des variations de l'importance de différents filtres environnementaux associés au pâturage, notamment du prélèvement de biomasse et de la compétition interspécifique. L'augmentation de l'intensité du pâturage entraîne un remplacement des espèces dominantes caractérisées par une fortes aptitude à la compétition aérienne et une stratégie conservatrice vis à vis des ressources par des espèces dominantes présentant une forte aptitude à l'acquisition des ressources une forte aptitude à la compétition racinaire. L'impact du pâturage sur la diversité à l'échelle intra-patch peut résulter de son impact négatif sur l'intensité de la compétition pour la lumière et de son impact sur l'hétérogénéité environnementale à une échelle fine. Nous avons enfin montré que le patron hétérogène de pâturage avait pour conséquence des variations des processus écosystémiques associés au cycle de l'azote et du carbone. Il existe un lien entre la structure des différents types de patchs générés par les herbivores et ces processus. Il apparaît que les valeurs des traits des espèces dominantes influencent davantage le fonctionnement écosystémique que la diversité de ces traits. Ce travail constitue une étape vers une approche prédictive de l'impact du pâturage sur la structure des communautés et le fonctionnement de l'écosystème pouvant se révéler d'une grande utilité dans l'optique de la gestion des prairies naturelles.

Ce travail propose de nouvelles structures de contrôle pour la téléopération bilatérale à travers des réseaux de communication non dédiés. L'enjeu est donc de concevoir et calculer des structures de commande garantissant la stabilisation et un bon degré de performance en termes de synchronisation (suivi des positions et vitesse) et de transparence (ressenti des forces) sous les retards variables et asymétriques.Nous faisons tout d'abord un tour d'horizon des recherches récentes dans le domaine des systèmes de téléopération et de leurs caractéristiques. Puis, nous considérons des modèles linéaires à plusieurs retards variables pour lesquels nous proposons une approche d'analyse de stabilité par fonctionnelles de Lyapunov-Krasovskii et contrôle robuste H [infinity symbol . Ensuite, trois structures de téléopération seront proposées en temps continu, la comparaison de ces architectures montre que, pour un retard de réseau maximum donné ou calculé, toutes garantissent un suivi de position et vitesse. Les deux dernières, qui utilisent les forces mesurées ou estimées de l'opérateur humain et de l'environnement, garantissent de plus un suivi en force. Au final, la troisième structure (avec proxy) présente la meilleure performance, même si elle demande un peu plus de calcul. Puis, afin d'analyser et d'améliorer les performances de la troisième structure pour des modèles encore plus réalistes, une étude est menée en temps discret, mais aussi sur un modèle non linéaire ou non stationnaire sous perturbations bornées en norme. L'implantation sur la plate-forme est décrite dans un quatrième et dernier chapitre, et puis l'analyse des résultats expérimentaux est alors menée

Cette thèse est consacrée à l'étude de la trace canonique et de deux types de déterminants : d'une part un déterminant associé à la trace canonique sur une classe d'opérateurs pseudodifférentiels et d'autre part des déterminants associés à des traces régularisées. Dans une première partie, en dimension impaire, nous revisitons l'unicité de la trace canonique sur l'espace des opérateurs pseudodifférentiels classiques de classe impaire avant de l'étendre aux opérateurs log-polyhomogènes de classe impaire. Nous classifions les traces sur l'algèbre des opérateurs pseudodifférentiels classiques de classe impaire d'ordre zéro. Dans la 2e partie, nous établissons la localité de l'anomalie multiplicative du déterminant pondéré et du déterminant zeta. Ces résultats sont obtenus grâce à l'étude de la localité de la trace pondérée de l'opérateur L(A,B). Nous déduisons alors de ces résultats l'expression locale de ces anomalies multiplicatives en fonction du résidu noncommutatif. Enfin, nous classifions les déterminants multiplicatifs en utilisant la classification des traces sur les opérateurs pseudodifférentiels de classe impaire et d'ordre zéro en dimension impaire. Nous définissons aussi le déterminant symétrisé obtenu de la trace canonique aplliquée au logarithme symétrisé en dimension impaire. Nous montrons la multiplicativité de ce déterminant sous certaines restrictions sur les coupures spectrales des opérateurs.

Des couches fonctionnelles hybrides organiques/inorganiques ont été générées à une interface solide/liquide à l'aide d'une nouvelle technique de fabrication ascendante (bottomup) dénommée Croissance de Couche à partir d'une Surface (Surface Grown Layers - SgL)grâce à une modulation très fine de l'interaction électrostatique entre nano-objets decharges opposés en fonction de la force ionique de la dispersion aqueuse. Différents nanoparticules/tubes à la fois cationiques et anioniques et très stables vis-à-vis d'un environnement fortement salin ont été développés. La complexation électrostatique entre ces nanomatériaux a été étudiée en solution et près d'une interface au travers du concept de "transition de dessalage". Dans un deuxième temps la croissance de couches hybrides à partird'un substrat a été étudiée en comparant l'approche SgL et la méthode classique d'adsorption séquentielle couche par couche (Layer by layer - LbL). Des expériences préliminaires ont montré le potentiel de cette approche dans le développement de substrats fonctionnels.

Ce travail aborde le sujet des d efauts charg es dans le silicium. Jusqu' a pr esent, les d efauts charg es ont principalement et e etudi es en conditions p eriodiques (PBC). En e et, l'approche PBC est parfaite pour simuler unsolide in ni. Mais, comme je le montre dans ce chapitre, elle apporte aussi des artefacts. En particulier dans le traitement de l' electrostatique, o u des traitements math ematiques important doivent ^etre utilis es pour supprimer les interactions non d esir ees entre r epliques. Notre approche vise a simuler correctement un d efaut charg e, tout en conservant de bonne propri et es pourle mat eriau massif. Elle consiste a simuler le d efaut dans un nano-agr egat. Le traitement de l' electrostatique est correct dans un nano-agr egat et les r esultats obtenus peuvent ^etre extrapol es au mat eriau massif, comme il est montr e dans ce chapitre. Les perspectives de cette m ethode sont aussi abord ees ici.

En Europe de l’Ouest, S est devenu un élément limitant pour la croissance des plantes. Ainsi, des carences en S apparaissent de plus en plus fréquemment sur des cultures tel que le colza. Dans le sol, 95% de S est sous formes organiques, non disponibles pour les plantes. L’intervention de la microflore est indispensable pour assurer la minéralisation du S organique en sulfates, assimilables par la plante. Nos objectifs ont été de caractériser la communauté fongique impliquée dans la minéralisation des esters de S, forme majoritaire de S organique, via une activité arylsulfatase (ARS), dans les rhizosphères de colza et d’orge. La communauté fongique est composée de plusieurs genres affiliés principalement aux Ascomycètes. Chez les souches fongiques isolées de la rhizosphère de colza et d’orge, une activité ARS a été détectée dans différents compartiments cellulaires. La régulation de ces activités ARS semble dépendante du taxon considéré. Nous avons par ailleurs montré que l’environnement rhizosphérique n’influence pas toujours la taille de la communauté fongique ARS. Dans les sols, si les activités ARS totale et intracellulaire semblent négativement corrélées avec les quantités de sulfates, l’activité ARS extracellulaire semble indépendante de la disponibilité en sulfates. En conclusion, l’ensemble des expérimentations suggère que la communauté fongique fonctionnelle joue un rôle dans la dynamique du S dans les sols agricoles. Des approches d’écologie fonctionnelle permettraient de mieux cerner leur implication dans la disponibilité en S minéral pour la plante / In Western Europe, sulfur (S) deficiency occurs in certain crops, including crucifers and cereals. Therefore, S becomes limiting for crop production and plants exhaust S mainly from soil organic S. In soil, 95% of S is in organic form that is not readily available for plants. This organic form containing principally ester S requires microbial mineralization to sulfate by arylsulfatase (ARS) enzyme. Our objectives were to characterize the fungal community having the ARS activity in the rhizosphere of rape versus that of barley. Functional fungal community comprised several genera principally belonging to Ascomycota. In different fungal strains, ARS activity was detected in different cellular compartments. The regulation of ARS was mostly dependent on microbial taxa. The density of the functional fungal community was not influenced by rhizospheric compartment.In soils, total and intracellular ARS activities were negatively correlated with soil sulfates whereas soil extracellular ARS activity was independent of sulfates. The overall results suggest that the functional fungal community could play a role in the dynamics of S in agricultural soils. Further approaches should be developed to allow a better understanding of their potential involvement in S nutrition of crops

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La navigation repose en majeure partie sur la vision puisque ce sens nous permet de rassembler des informations spatiales de façon simultanée et de mettre à jour notre position par rapport à notre environnement. Pour plusieurs aveugles qui se fient à l’audition, le toucher, la proprioception, l’odorat et l’écholocation pour naviguer, sortir à l’extérieur de chez soi peut représenter un défi considérable. Les recherches sur le circuit neuronal de la navigation chez cette population en particulier s’avèrent donc primordiales pour mieux adapter les ressources aux handicapés visuels et réussir à les sortir de leur isolement. Les aveugles de naissance constituent aussi une population d’intérêt pour l’étude de la neuroplasticité. Comme leur cerveau s’est construit en absence d’intrant visuel, la plupart des structures reliées au sens de la vue sont réduites en volume par rapport à ceux de sujets voyants. De plus, leur cortex occipital, une région normalement dédiée à la vision, possède une activité supramétabolique au repos, ce qui peut représenter un territoire vierge pouvant être recruté par les autres modalités pour exécuter diverses tâches sensorielles. Plusieurs chercheurs ont déjà démontré l’implication de cette région dans des tâches sensorielles comme la discrimination tactile et la localisation auditive. D’autres changements plastiques de nature intramodale ont aussi été observés dans le circuit neuronal de la navigation chez ces aveugles. Par exemple, la partie postérieure de l’hippocampe, impliquée dans l’utilisation de cartes mentales, est réduite en volume alors que la section antérieure est élargie chez ces sujets. Bien que ces changements plastiques anatomiques aient bel et bien été observés chez les aveugles de naissance, il reste toutefois à les relier avec leur aspect fonctionnel. Le but de la présente étude était d’investiguer les corrélats neuronaux de la navigation chez l’aveugle de naissance tout en les reliant avec leurs habiletés spatio-cognitives. La première étude comportementale a permis d’identifier chez les aveugles congénitaux une difficulté d’apprentissage de routes tactiles construites dans des labyrinthes de petite échelle. La seconde étude, employant la technique d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, a relié ces faiblesses au recrutement de régions cérébrales impliquées dans le traitement d’une perspective égocentrique, comme le lobule pariétal supérieur droit. Alors que des sujets voyants aux yeux bandés excellaient dans la tâche des labyrinthes, ces derniers recrutaient des structures impliquées dans un traitement allocentrique, comme l’hippocampe et le parahippocampe. Par ailleurs, la deuxième étude a confirmé le recrutement du cortex occipital dans une tâche de navigation chez les aveugles seulement. Ceci confirme l’implication de la plasticité intermodale dans des tâches cognitives de plus haut niveau, comme la navigation. / Navigation is predominately based on vision as it gathers spatial information simultaneously and allows a continuous update of our position relative to space. For many blind people who rely mainly on auditive, haptic, proprioceptive, olfactive and echolocating cues to navigate, leaving outside their home can be a challenge. Research on the navigational neural network in this particular population is therefore crucial to better adapt resources for visually impaired people and free them from isolation. Congenitally blind subjects are also an interesting population for the study of neuroplasticity. As their brain was built without any visual input, most structures related to vision are reduced in volume compared to those of seeing subjects. Moreover, their occipital cortex, a region normally dedicated to vision, has a suprametabolic activity at rest, which could represent a virgin territory that can be recruited by other modalities to accomplish various sensory tasks. Recently some researchers have demonstrated the involvement of this region in sensory tasks such as tactile discrimination and auditive localisation. Other intramodal plastic changes have also been observed in the blind’s navigational neural network. The posterior part of hippocampus, involved in cognitive mapping, is reduced in volume while the anterior section is enlarged in blind subjects. Although some anatomical plastic changes have been observed in congenitally blind’s brain navigational system, their functional aspect remains to be elucidated. The purpose of this study was to investigate the neural correlates of navigation in congenital blindness and to link them with the blinds’ spatio-cognitive skills. The first behavioral study identified route learning difficulties in congenitally blind participants when they were ask to navigate inside small-scaled tactile mazes. Using functional magnetic resonance imagery in the second study, these problems were associated with the recruitment of brain regions involved in an egocentric perspective processing, such as right superior parietal lobule. While blindfolded seeing subjects excelled in the maze task, they recruited structures involved in allocentric processing, such as hippocampus and parahippocampus. Moreover, the second study confirmed the recruitment of occipital cortex in a navigation task for blind subjects only. This strengthens the involvement of crossmodal plasticity in higher level cognitive tasks, such as navigation.

Dans ce mémoire, nous décrivons le travail effectué pour étendre nos connaissances sur les sources d’instabilité instrumentales en imagerie de résonance magnétique, en particulier dans le domaine anatomique par une étude où cinq adultes ont été scannés quatre fois dans la même plate-forme IRM, deux fois avant et deux fois après une mise à niveau importante d’un scanner 3T de Siemens. Les volumes de l’hippocampe droit et gauche de chaque sujet ont été mesurés avec une segmentation manuelle. Nous avons analysé la fiabilité test-retest avant et après la mise à niveau du système d’IRM. Dans le domaine fonctionnel, cinq adultes ont été scannés quatre fois dans la même plate forme IRM deux fois avant et deux fois après la même mise à niveau du scanneur. Les acquisitions du signal BOLD sont faites dans deux différentes résolutions spatiales (2x2x2mm et 4x4x4mm) pour évaluer la sensibilité du signal BOLD sous conditions de haute et basse SNR. Une dernière étude fonctionnelle sur fantôme avait pour but d’étudier la stabilité de la machine pour les images fonctionnelles et détecter les sources de bruit de type machine. La séquence EPI (Echo Planar Imaging) d’écho de gradient à deux dimensions a été utilisée. Des analyses comme le pourcentage des fluctuations et l’analyse de Fourier des résidus ont également été réalisées. Nous résultats indiquent que les différences dans le matériel provenant d’une importante mise à niveau ne peuvent pas compromettre la validité des études structurelles et fonctionnelles faites à travers la mise à niveau du scanneur. Les acquisitions quotidiennes ont permis de suivre l’évolution de la stabilité et de détecter toute source de bruit qui peut détériorer la détection des activations dans les images fonctionnelles. / In this thesis, we describe work we carried out to extend our knowledge on instrumental sources of MRI variability, in both anatomical and functional imaging. The anatomical study involved five adults scanned four times in the same platform MRI twice before and twice after a major update of a 3T Siemens scanner. The volumes of left and right hippocampus of each subject were measured with a manual segmentation. We then analyzed the test-retest reliability before and after updating the MRI system. In the functional study, five adults were scanned four times on the same MRI system twice before and twice after a major hardware update. Blood oxygenation level- dependent (BOLD) acquisitions were made at two different spatial resolutions (2x2x2mm and 4x4x4mm) to assess the reproducibility of BOLD measurements under conditions of high and low SNR. A final functional study using a gel phantom was used to study the stability of the machine for functional images and isolate the sources of noise arising from hardware. Two-dimensional gradient-echo EPI (Echo Planar Imaging) signals were analyzed to assess the percentage variability and Fourier analysis of residual error performed. Our results indicate that the differences in hardware from a major upgrade do not significantly affect the reliability of structural and functional studies spanning a major hardware upgrade. Daily quality assurance acquisitions on phantoms can be used to monitor the stability of the machine, which may aid in the early detection of hardware faults.