Thèse (M.Ps.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr.: f. 40-45. Publié aussi en version électronique.

Les cyanobactéries sont les organismes les plus simples connus possédant une horloge circadienne. Cette horloge produit des rythmes stables, dont la période est proche à 24 heures et peut être entraînée à exactement 24h par des signaux externes, comme des cycles d'éclairage ou de température. Dans ce travail, nous montrons que cette horloge biologique se comporte comme un oscillateur de phase. De plus, sous influence d'un entraînement externe, son comportement peut être simplement décrit par le modèle d'Adler. Pour le montrer, nous avons réalisé des expériences sur des populations, en utilisant des cycles d'éclairage ou de température qui entraînent l'horloge circadienne à des phases différentes. Nous détaillons le montage expérimental qui permet de surveiller en permanence l'horloge circadienne de la cyanobactérie; et ce pendant plusieurs semaines consécutives. Nous montrons comment démasquer des perturbations supplémentaires du rapporteur de bioluminescence et nous quantifions la force de couplage entre l'horloge et l'entraînement externe. Par ajustement numérique des données expérimentales nous montrons que le modèle utilisé reproduit très bien le comportement observé. Via des simulations, nous cherchons les effets d'une distribution de phases initiales à l'intérieur de la population, ainsi que l'effet d'un bruit éventuel sur la phase ou d'une distribution des fréquences propres. Nous proposons également un nouveau concept pour les dispositifs à cellule unique pour observer plus en détail les effets du bruit sur cette horloge biologique. Ces dispositifs sont conçus pour des expériences à long terme (> 20 générations) d'observation de bactéries individuelles à l'intérieur d'une population.

Il a été démontré dans des travaux antérieurs qu'une interruption, lors d'une production d'un intervalle temporel, allonge l'intervalle produit proportionnellement à la durée pré-interruption. Ces expériences utilisaient un signal auditif et une situation de compatibilité entre la tâche et la réponse: l'estimation temporelle était interrompue lorsque le signal était interrompu. Cette étude vise à tester l'effet de durée pré-interruption (1) avec des stimuli auditifs et visuels, (2) dans une condition de non compatibilité entre le stimulus et la tâche à effectuer, c'est-à-dire lorsque l'estimation temporelle doit être interrompue lors de la présentation d'un stimulus. Les résultats confirment la généralité de l'effet de la localisation dans une variété de conditions de présentation de stimuli. Les intervalles produits (2.4 s) allongent en fonction de la durée pré-interruption dans des conditions de non compatibilité, peu importe la modalité des stimuli utilisés.

Certaines études suggèrent que des pigeons estiment la durée d’un stimulus en ignorant les moments pendant lesquels le stimulus disparaît. (Cabeza de Vaca, Brown & Hemmes, 1994). Plusieurs recherches dénotent une dégradation de l’information temporelle accumulée avant l'interruption. L’expérience 1 de la présente étude vérifie si l’information temporelle accumulée avant l’interruption se dégrade dans une tâche de production temporelle. Les expériences 2-3 vérifient s’il y a partage des ressources attentionnelles avant l’interruption entre l’attente de celle-ci et la production temporelle. Dans ces expériences, les participants produisent, au rythme d’un son, un intervalle temporel, cessent de traiter le temps lorsque le son s'arrête et recommencent à traiter celui-ci lorsqu’il revient. Dans l’expérience 3, des essais sans interruption sont introduits. Les résultats suggèrent que les humains interrompent l’accumulation sans qu’il y ait dégradation de l'information temporelle et partagent leurs ressources attentionnelles créant un allongement des intervalles produits en fonction de la durée précédant l'interruption.

L'objectif principal de cette thèse était de vérifier l'influence d'une période préparatoire précédant l'arrivée d'un signal indiquant au sujet de débuter la production d'un intervalle temporel. Cette tâche est exécutée selon le paradigme prospectif. De plus en plus de chercheurs admettent l'implication d'une horloge interne afin d'expliquer les phénomènes temporels observés dans le contexte de ce paradigme. Lorsque le signal du début de la production est présenté, un processus d'accumulation d'une information temporelle serait activé jusqu'à l'atteinte d'une quantité critère relative à la durée à produire. Les résultats suggèrent que la période préparatoire affecte la période de latence entre la présentation du signal et l'activation du processus d'accumulation de l'horloge. La connaissance temporelle de la durée de la période préparatoire permettrait au sujet de mobiliser ses ressources attentionnelles à la présentation du signal afin de diminuer la période de latence et augmenter la précision des productions.

Les travailleurs de nuit doivent être éveillés la nuit lorsqu'ils sont physiologiquement prédisposés au sommeil et tenter de dormir le jour alors qu'ils sont prédisposés à être actifs. En effet, le problème le plus souvent rapporté en présence de ce genre d'horaire est la somnolence excessive au travail, suivie par une difficulté à induire et à maintenir le sommeil pendant le jour. Ces problèmes dérivent du fait que l'horaire d'activité est inversé par rapport à l'horloge biologique. Celle-ci demeure synchronisée à un horaire diurne par l'alternance entre la lumière et l'obscurité. Il est possible de déplacer le rythme circadien en étant exposé à une lumière vive au cours de la nuit et en instaurant une période de noirceur le jour. À cause de la nature contraignante de cette méthode, il est peu probable qu'elle soit aisément adoptée par les travailleurs de nuit. Il est par contre reconnu que l'horloge biologique est plus sensible aux courtes longueurs d'onde du spectre de la lumière visible (bleu). Il devient donc possible de déplacer le cycle lumière/obscurité en augmentant seulement la quantité de courtes longueurs d'onde la nuit et en les bloquant le jour. Les objectifs généraux de cette thèse par articles scientifiques étaient donc de déterminer les effets du blocage des courtes longueurs d'onde, ainsi que l'applicabilité des stratégies de contrôle de l'exposition lumineuse dans un milieu de travail. Le premier article présenté dans cette thèse démontre que des lunettes à lentilles orangées empêchent la lumière vive d'influencer l'horloge biologique. Le deuxième article présente les résultats d'une semaine d'utilisation des lunettes à lentilles orangées le matin sur la vigilance au travail et le sommeil le jour chez des travailleurs de nuit permanents dans leur milieu de travail. Le troisième article, quant à lui, permet de voir l'effet d'une exposition additionnelle aux courtes longueurs d'onde combinée au port des lunettes à lentilles orangées sur la vigilance et le sommeil, mais aussi sur la phase de l'horloge biologique et la performance. Finalement, le quatrième article porte sur les conséquences l'utilisation des filtres orangés sur l'effet de la lumière sur la vigilance en fin de nuit.

Le traitement prospectif de l'information temporelle nécessaire à l'estimation précise d'un intervalle de temps dépend des ressources attentionnelles qui lui sont attribuées. Ainsi, la réalisation d'une tâche concurrente provoque un effet d'interférence qui affecte le processus d'accumulation d'informations temporelles lors de l'estimation du temps (voir Brown, 1997, 2008, 2010). De même, l'attente d'un signal durant l'estimation d'un intervalle de temps détourne l'attention du processus d'accumulation et provoque une sous-estimation temporelle proportionnelle à la durée de l'attente (p.ex., Buffardi, 1971; Casini & Macar, 1997; Fortin & Massé, 2000; . Rousseau, Picard, & Pitre, 1984). Cette forme spécifique et robuste d'interférence est appelée « effet de localisation ». L'objectif général de la présente thèse est d'étudier la modulation de l'effet de localisation dans une tâche de production temporelle avec interruption. Plus spécifiquement, l'influence de la durée objective et des consignes concernant l'utilisation du comptage chronométrique est examinée en relation avec l'estimation temporelle et les processus préparatoires prenant place avant l'interruption. Pour ce faire, trois expériences utilisant une tâche de production temporelle avec interruption (Chapitre II) et deux expériences utilisant une tâche de temps de réaction simple (Chapitre III) sont effectuées. La durée de l'intervalle cible et la localisation de l'interruption sont manipulées dans les expériences du Chapitre II, alors que la durée de la période préparatoire est manipulée, d'un bloc d'essais à l'autre et d'essai en essai à l'intérieur d'un bloc, dans les expériences du Chapitre III. Finalement, les consignes quant à l'utilisation du comptage chronométrique sont manipulées dans toutes les expériences de la thèse. Les résultats des expériences du Chapitre II montrent que l'effet de localisation peut être généralisé à des durées d'intervalles à produire variant entre 2 et 6 secondes et que l'introduction de consignes concernant l'utilisation du comptage chronométrique influence l'effet de localisation, possiblement en réduisant l'impact du partage attentionnel qui en est responsable. De plus, les résultats montrent que l'effet des consignes concernant l'utilisation du comptage chronométrique n'apparaît que si la durée à l'étude est suffisamment longue pour permettre la mise en place efficace de la stratégie. Par ailleurs, les résultats présentés au Chapitre III montrent également que l'utilisation du comptage chronométrique affecte la forme de la relation entre la durée de la période préparatoire et les temps de réaction, sans toutefois en affecter l'ampleur. Globalement, les résultats de l'ensemble des expériences de la thèse appuient et permettent de développer l'interprétation selon laquelle l'effet de localisation serait le résultat d'un partage attentionnel entre l'accumulation d'informations temporelles et la surveillance de l'arrivée du signal d'interruption. Les résultats suggèrent également que la contribution spécifique des processus préparatoires serait moins importante que celle du partage d'attention dans l'effet de localisation. De plus, le comptage chronométrique, comme l'estimation du temps, semble vulnérable à l'effet d'interférence provoqué par l'attente d'un signal d'interruption, ce qui appuie l'hypothèse théorique selon laquelle un mécanisme interne commun est utilisé pour compter et estimer le temps. Enfin, les résultats de la présente thèse démontrent l'influence déterminante des consignes concernant l'utilisation du comptage chronométrique dans l'étude du traitement de l'information temporelle.

Il est communément accepté que des patients déprimés rapportent que le temps semble passer lentement. Des travaux récents ont démontré l’existence d’une horloge interne responsable de la mesure du temps psychologique. Cette horloge est associée à l’activité d’un réseau cérébral complexe impliquant les noyaux gris centraux, la région préfrontale et le cervelet. Le but de l’étude est de vérifier si cet allongement du temps perçu serait lié à une déficience de l’horloge interne chez les déprimés et si le ralentissement psychomoteur (RPM) est lié à cette perception. Pour ce faire, les performances de quatorze patients atteints de dépression majeure sont comparées à celles de quatorze volontaires sains dans une tâche de frappe cadencée. Les sujets devaient taper, sur une touche, une série de 40 frappes à la même vitesse qu’une cadence sonore qu’ils venaient d’entendre. La frappe cadencée se faisait Hans trois conditions: 1) la plus rapide possible, 2) à intervalle de 500ms et 3) à intervalle d’une seconde. Le modèle de Wing et Kristofiferson (1973) a permis d’identifier un déficit dans la variabilité processus d’horloge chez les déprimés. Le RPM ne semble pas lié aux processus d’horloge interne.

La présente thèse porte sur le traitement de l'information temporelle dans la modalité auditive. L'objectif général de la thèse est de tester les caractéristiques d'une horloge interne qui serait à la base de la détection de variations de tempo générées avec des stimuli sonores. Un postulat central de la présente recherche est que le fonctionnement de l'horloge interne repose sur un processus oscillatoire. Or, la fréquence naturelle de cet oscillateur est une des principales caractéristiques de cette horloge. Les travaux antérieurs dans le domaine de la discrimination d'intervalles temporels suggèrent que cette fréquence naturelle est située autour de 1.7 Hz. La stratégie expérimentale développée pour tester les caractéristiques de ladite horloge interne se base sur une caractéristique intrinsèque de tout oscillateur : la tendance à retourner à sa fréquence naturelle. De plus, la mesure des temps de réponse lors de la détection de variations de tempo permet d'évaluer la facilité avec laquelle ces variations sont détectées, des temps de réponse plus courts correspondant à une détection plus facile. Aussi, il est possible d'émettre des hypothèses précises quant aux réactions de l'oscillateur temporel à des accélérations et à des décélérations de tempo. Pour des stimuli sonores dont la fréquence de départ (tempo) est inférieure à la fréquence naturelle, une décélération de tempo devrait être plus facile à détecter qu'une accélération de tempo car la tendance à retourner à la fréquence naturelle va dans le même sens que les accélérations. Par ailleurs, dans, le contexte d'une fréquence de départ inférieure à la fréquence naturelle, l'écart perçu entre le tempo de départ et le tempo modifié devrait être plus grand pour les décélérations. À l'inverse, pour les tempi de départ supérieurs à la fréquence naturelle, une accélération serait plus facile à détecter qu'une décélération. Finalement, pour un tempo de départ égal à la fréquence naturelle, les décélérations et les accélérations devraient, l'une et l'autre, être aussi faciles à détecter. Cette stratégie expérimentale permet d'élaborer des hypothèses spécifiques en fonction de quatre contextes expérimentaux précis qui diffèrent principalement quant à la gamme de fréquences de départ utilisée. Chacune des quatre expériences de la thèse correspond à un de ces quatre contextes expérimentaux. Dans chacune de ces expériences, les variables indépendantes sont le sens (ou le signe) de la variation de tempo (accélération ou décélération) ainsi que la fréquence de départ du stimulus sonore employé (tempo). Les variables dépendantes sont le pourcentage d'erreurs et le temps de réponse pour les réponses correctes. Les mesures ont été effectuées avec la Méthode dite des Stimuli Dynamiques qui utilise des variations graduelles du stimulus par opposition à la Méthode des Stimuli Constants qui utilise des stimuli statiques. Dans la première des quatre expériences, les fréquences de départ se situent de part et d'autre de la fréquence naturelle attendue, i.e., de 1.45 à 2 Hz. Les résultats sont cohérents avec ceux de la littérature et permettent de confirmer que la fréquence naturelle de l'horloge interne serait autour de 1.69 Hz. Dans la seconde expérience, les fréquences de départ se situent de part et d'autre de la seconde harmonique de la fréquence naturelle attendue, i.e., de 2.9 à 4 Hz. Les résultats affichent globalement des résultats et patrons similaires à l'Expérience 1, mais l'appariement entre les prédictions des patrons de moyennes de temps de réponse et les résultats est moins probant que pour l'expérience précédente. Afin de confirmer un effet attribuable à une fréquence naturelle, par opposition à une hypothèse où la fréquence moyenne de la session expérimentale serait le facteur déterminant, les fréquences de départ de l'Expérience 3 se situent entre les gammes de fréquences utilisées dans les expériences précédentes (1.9 à 3 Hz), i.e., entre la fréquence naturelle et la seconde harmonique. L'Expérience 3 montre que la réaction de l'oscillateur temporel dépend de la fréquence de départ et de la gamme de fréquences utilisée en rapport avec la fréquence naturelle plutôt que d'une fréquence moyenne de la session expérimentale. Dans l'Expérience 4, les fréquences de départ constituent un regroupement des fréquences utilisées pour les Expériences 2 et 3, i.e., de 1.8 à 4 Hz. Les résultats obtenus à l'Expérience 4 dépendaient principalement des résultats obtenus lors de l'Expérience 3 et sont consistants avec ceux-ci. Ainsi, les résultats de cette quatrième expérience renforcent les conclusions des expériences précédentes quant à la fréquence naturelle. Ces résultats sont aussi interprétés comme étant le fruit d'une commutation de l'oscillateur temporel entre sa fréquence naturelle et sa deuxième harmonique. Plus spécifiquement, ces résultats indiquent que la commutation de l'oscillateur temporel de sa fréquence naturelle vers sa deuxième harmonique prend plus de temps que la commutation de la deuxième harmonique vers la fréquence naturelle. L'ensemble de la démarche empirique montre qu'il est possible d'interpréter efficacement les niveaux de détection de variations de tempo sur la base de l'hypothèse de l'existence d'une horloge interne faite d'un oscillateur ayant une fréquence naturelle spécifique. En plus de montrer que cette fréquence se situe autour de 1.69 Hz, les expériences permettent d'établir certaines particularités des processus oscillatoires de l'horloge interne (i.e. l'existence de commutation entre la fréquence naturelle et sa deuxième harmonique et une tendance à retourner à la fréquence naturelle moins importante dans le cas où les fréquences de départ sont inférieures à la fréquence naturelle).

Fortin, Bédard et Champagne (2004) observent que des productions temporelles sont plus longues lorsqu’au cours de la production, la durée d’interruption est la plus courte. Cet effet est interprété en reliant l’effet de la durée d ’interruption dans la production temporelle et l’effet de la période préparatoire dans les études de temps de réaction. Dans ces études, quand la durée de la période préparatoire est variée de façon aléatoire d’un essai à l’autre, le temps de réaction est plus long quand cette durée est la plus courte. Cependant, quand la durée la plus courte est présentée le plus souvent, l’effet d’allongement du temps de réaction est aboli. L’objectif des deux présentes expériences est de vérifier si l'augmentation de la probabilité de présentation de la durée d’interruption la plus courte abolit l'effet de la durée d'interruption lors d ’une production temporelle. Les résultats statistiques n’appuient pas cette hypothèse, mais montrent un affaiblissement de l’effet de durée d’interruption associé à l’augmentation de la probabilité de la plus courte durée.