Résumé : Au repos, l'activité du cerveau d'un humain sain est caractérisée par de larges fluctuations dans la bande de fréquences de 8-13 Hz d'un électroencéphalogramme (EEG), connue sous le nom de bande alpha. Bien qu'il soit établi que son activité varie d'un individu à l'autre, peu d'études se sont intéressées à la façon dont elle peut être reliée aux variations morphologiques des structures du cerveau. Entre autres, on pense que le corps géniculé latéral (CGL) et ses fibres efférentes (la radiation optique) jouent un rôle clé sur l'activité alpha, bien qu'il n'est pas certain que leur forme ou leur grosseur contribuent à sa variabilité inter-individuelle. Considérant l'utilisation courante d'EEG dans la recherche fondamentale ou clinique, ce sujet est important, mais difficile à traiter vu les problèmes associés à une bonne segmentation du CGL et de la radiation optique. Pour cette raison, nous avons utilisé la résonance magnétique de diffusion (IRMd), la résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et l'EEG sur 20 sujets sains pour mesurer la structure et la fonction, respectivement. L'analyse de la structure a nécessité une nouvelle approche semi-automatique pour segmenter le CGL et la radiation optique, qui nous a permis de mesurer plusieurs variables, telles que le volume et la position. Ces mesures correspondent bien aux connaissances sur la morphologie de ces structures basées sur des études post-mortem, et pourtant, nous avons trouvé que leur variabilité inter-sujet n'influençait pas la puissance des ondes alpha ou leur fréquence-type (p>0.05). Ces résultats suggèrent que la variabilité alpha soit médiée par d'autres sources structurelles. Notre méthodologie pourra servir pour de futures recherches sur l'influence de l'anatomie sur la fonction en IRMf, tomographie par émission de positron (TEP), EEG, etc., ou pour améliorer les recherches cliniques sur la radiation optique. / Abstract : At rest, healthy human brain activity is characterized by large electroencephalography (EEG) fluctuations in the 8-13 Hz range, commonly referred to as the alpha band. Although it is well known that EEG alpha activity varies across individuals, few studies have investigated how this may be related to underlying morphological variations in brain structure. Specifically, it is generally believed that the lateral geniculate nucleus (LGN) and its efferent fibres (optic radiation, OR) play a key role in alpha activity, yet it is unclear whether their shape or size variations contribute to its inter-subject variability. Given the widespread use of EEG alpha in basic and clinical research, addressing this is important, though difficult given the problems associated with reliably segmenting the LGN and OR. For this, we employed a multi-modal approach and combined diffusion magnetic resonance imaging (dMRI), functional magnetic resonance imaging (fMRI) and EEG in 20 healthy subjects to measure structure and function, respectively. For the former, we developed a new, semi-automated approach for segmenting the OR and LGN, from which we extracted several structural metrics such as volume, position and diffusivity. Although these measures corresponded well with known morphology based on previous post-mortem studies, we nonetheless found that their inter-subject variability was not significantly correlated to alpha power or peak frequency (p > 0.05). Our results therefore suggest that alpha variability may be mediated by an alternative structural source and our proposed methodology may in general help in better understanding the influence of anatomy on function.

La douleur est une expérience perceptive comportant de nombreuses dimensions. Ces dimensions de douleur sont inter-reliées et recrutent des réseaux neuronaux qui traitent les informations correspondantes. L’élucidation de l'architecture fonctionnelle qui supporte les différents aspects perceptifs de l'expérience est donc une étape fondamentale pour notre compréhension du rôle fonctionnel des différentes régions de la matrice cérébrale de la douleur dans les circuits corticaux qui sous tendent l'expérience subjective de la douleur. Parmi les diverses régions du cerveau impliquées dans le traitement de l'information nociceptive, le cortex somatosensoriel primaire et secondaire (S1 et S2) sont les principales régions généralement associées au traitement de l'aspect sensori-discriminatif de la douleur. Toutefois, l'organisation fonctionnelle dans ces régions somato-sensorielles n’est pas complètement claire et relativement peu d'études ont examiné directement l'intégration de l'information entre les régions somatiques sensorielles. Ainsi, plusieurs questions demeurent concernant la relation hiérarchique entre S1 et S2, ainsi que le rôle fonctionnel des connexions inter-hémisphériques des régions somatiques sensorielles homologues. De même, le traitement en série ou en parallèle au sein du système somatosensoriel constitue un autre élément de questionnement qui nécessite un examen plus approfondi. Le but de la présente étude était de tester un certain nombre d'hypothèses sur la causalité dans les interactions fonctionnelle entre S1 et S2, alors que les sujets recevaient des chocs électriques douloureux. Nous avons mis en place une méthode de modélisation de la connectivité, qui utilise une description de causalité de la dynamique du système, afin d'étudier les interactions entre les sites d'activation définie par un ensemble de données provenant d'une étude d'imagerie fonctionnelle. Notre paradigme est constitué de 3 session expérimentales en utilisant des chocs électriques à trois différents niveaux d’intensité, soit modérément douloureux (niveau 3), soit légèrement douloureux (niveau 2), soit complètement non douloureux (niveau 1). Par conséquent, notre paradigme nous a permis d'étudier comment l'intensité du stimulus est codé dans notre réseau d'intérêt, et comment la connectivité des différentes régions est modulée dans les conditions de stimulation différentes. Nos résultats sont en faveur du mode sériel de traitement de l’information somatosensorielle nociceptive avec un apport prédominant de la voie thalamocorticale vers S1 controlatérale au site de stimulation. Nos résultats impliquent que l'information se propage de S1 controlatéral à travers notre réseau d'intérêt composé des cortex S1 bilatéraux et S2. Notre analyse indique que la connexion S1→S2 est renforcée par la douleur, ce qui suggère que S2 est plus élevé dans la hiérarchie du traitement de la douleur que S1, conformément aux conclusions précédentes neurophysiologiques et de magnétoencéphalographie. Enfin, notre analyse fournit des preuves de l'entrée de l'information somatosensorielle dans l'hémisphère controlatéral au côté de stimulation, avec des connexions inter-hémisphériques responsable du transfert de l'information à l'hémisphère ipsilatéral. / Pain is a perceptual experience comprising many dimensions. These pain dimensions interrelate with each other and recruit neuronal networks that process the corresponding information. Elucidating the functional architecture that supports different perceptual aspects of the experience is thus, a fundamental step to our understanding of the functional role of different regions in the cerebral pain matrix that are involved in the cortical circuitry underlying the subjective experience of pain. Among various brain regions involved in the processing of nociceptive information, primary and secondary somatosensory cortices (S1 and S2) are the main areas generally associated with the processing of sensory-discriminative aspect of pain. However the functional organization in these somatosensory areas is not completely clear and relatively few studies have directly examined the integration of information among somatic sensory regions. Thus, several questions remain regarding the hierarchical relationship between S1 and S2, as well as the functional role of the inter-hemispheric connections of the homologous somatic sensory areas. Likewise, the question of serial or parallel processing within the somatosensory system is another questionable issue that requires further investigation. The purpose of the present study was to test a number of causal hypotheses regarding the functional interactions between S1 and S2, while subjects were receiving painful electric shocks. We implemented a connectivity modeling approach, which utilizes a causal description of system dynamics, in order to study the interactions among activation sites defined by a data set derived from a functional imaging study. Our paradigm consists of 3 experimental scans using electric shock stimuli, with the stimulus intensity changing from moderately painful (level 3), to slightly painful (level 2), and to completely non-painful (level 1) during the final scan. Therefore our paradigm allowed us to investigate how stimulus intensity is encoded within our network of interest, and how the connectivity of the different regions is modulated across the different stimulus conditions. Our result is in favor of serial mode of somatosensory processing with thalamocortical input to S1 contralateral to stimulation site. Thus our results implicates that pain information is propogated from S1 contralateral through our network of interest comprising of bilateral S1 and S2. Our analysis indicates that S1→S2 connection is modulated by pain, which suggests that S2 is higher on the hierarchy of pain processing than S1, in accordance with previous neurophysiological and MEG findings. Lastly, our analysis provides evidence for the entrance of somatosensory information into the hemisphere contralateral to the stimulation side, with inter-hemispheric connections responsible for the transfer of information to the ipsilateral hemisphere.

La littérature décrit certains phénomènes de réorganisation physiologique et fonctionnelle dans le cerveau des aveugles de naissance, notamment en ce qui a trait au traitement de l’information tactile et auditive. Cependant, le système olfactif des aveugles n’a reçu que très peu d’attention de la part des chercheurs. Le but de cette étude est donc de comprendre comment les aveugles traitent l’information olfactive au niveau comportemental et d’investiguer les substrats neuronaux impliqués dans ce processus. Puisque, en règle générale, les aveugles utilisent leurs sens résiduels de façon compensatoire et que le système olfactif est extrêmement plastique, des changements au niveau de l’organisation anatomo-fonctionnelle pourraient en résulter. Par le biais de méthodes psychophysiques et d’imagerie cérébrale (Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle-IRMf), nous avons investigué les substrats anatomo-fonctionnels sollicités par des stimuli olfactifs. Nous avons trouvé que les aveugles ont un seuil de détection plus bas que les voyants, mais que leur capacité à discriminer et identifier des odeurs est similaire au groupe contrôle. Ils ont aussi plus conscience de l’environnement olfactif. Les résultats d’imagerie révèlent un signal BOLD plus intense dans le cortex orbitofrontal droit, le thalamus, l’hippocampe droit et le cortex occipital lors de l’exécution d’une tâche de détection d’odeur. Nous concluons que les individus aveugles se fient d’avantage à leur sens de l’odorat que les voyants afin d’évoluer dans leur environnement physique et social. Cette étude démontre pour la première fois que le cortex visuel des aveugles peut être recruté par des stimuli olfactifs, ce qui prouve que cette région assume des fonctions multimodales. / It is generally acknowledged that people blind from birth develop supra-normal sensory abilities in order to compensate for their visual deficit. While extensive research has been done on the somatosensory and auditory modalities of the blind, information about their sense of smell remains scant. The goal of this study was therefore to understand olfactory processing in the blind at the behavioral and the neuroanatomical levels. Since blind individuals use their remaining senses in a compensatory way to assess their environment and since the olfactory system is highly plastic, it is likely to be susceptible to changes similar to those observed for tactile and auditory modalities. We used psychophysical testing and functional magnetic resonance imaging (fMRI) to investigate the neuronal substrates responsible for odor processing. Our data showed that blind subjects had a lower odor detection threshold compared to the sighted. However, no group differences were found for odor discrimination and odor identification. Interestingly, the OAS revealed that blind participants scored higher for odor awareness. Our fMRI data revealed stronger BOLD responses in the right lateral orbitofrontal cortex, bilateral medio-dorsal thalamus, right hippocampus and left occipital cortex in the blind participants during an odor detection task. We conclude that blind subjects rely more on their sense of smell than the sighted in order to assess their environment and to recognize places and people. This is the first demonstration that the visual cortex of the blind can also be recruited by odorants, thus adding new evidence to its multimodal function.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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

Le monde social est par essence fortement incertain, dans la mesure où les informations peuvent varier rapidement et de façon imprévisible, et il est essentiel de pouvoir s’y adapter. Les personnes avec autisme présentent souvent une intolérance au changement et une recherche d’immuabilité, associées à des difficultés dans le domaine de la prise de décision. Elles rapportent également que leurs difficultés sont amplifiées lorsque la prise de décision implique un changement de routine et lorsqu’elle fait entrer en jeu une composante sociale. Si la prise de décision dans un environnement social a été beaucoup explorée, l’influence de l’incertitude du contexte (c’est-à-dire d’un changement brutal des probabilités de survenue d’un événement) et son interaction avec la nature sociale de l’environnement n’ont jamais été étudiées dans le cadre de l’autisme. Cette thèse vise à mieux comprendre les spécificités du traitement du caractère imprévisible du contexte chez les personnes autistes de haut niveau (High-Functioning Autism : HFA) et avec un Syndrome d’Asperger (AS). La question posée ici est de savoir si c’est l’aspect social, ou bien l’aspect imprévisible, qui pose problème aux personnes avec autisme dans les interactions sociales. Nous avons fait l’hypothèse d’une altération du traitement du caractère imprévisible chez ces personnes, comparées à des sujets neurotypiques appariés, et nous souhaitions préciser l’influence de la nature sociale ou non-sociale de la source d’information sur cette altération. Dans la première étude, comportementale, de cette thèse, nous avons adapté une tâche de prise de décision de Behrens et al. (2007, 2008), comportant une condition stable et une condition instable (i.e. incertaine), cet aspect stable ou instable pouvant venir d’un indice social ou non-social. Cette première étude a permis de montrer que, dans notre tâche, les difficultés rencontrées par les personnes HFA/AS dans un environnement social tiennent plus à son caractère imprévisible qu’à son aspect social. A cela s’ajoute une difficulté globale à intégrer les indices contextuels dans la prise de décision. Notre deuxième étude, en IRM fonctionnelle, visait à identifier les régions cérébrales impliquées dans le traitement du caractère imprévisible du contexte, ainsi que l’effet de la nature sociale de l’environnement sur ce traitement, chez des personnes avec autisme. Cette seconde étude a montré que les personnes HFA/AS mobilisent moins le réseau attentionnel fronto-pariétal que les personnes neurotypiques dans un contexte incertain (qu’il soit social ou non). On observe également chez ces personnes une difficulté à réorienter l’attention lorsque les indices contextuels ne sont pas pertinents. Par ailleurs, dans un environnement social les personnes HFA/AS activent moins les aires du « cerveau social » que les personnes neurotypiques. La discussion établit un parallèle entre ces résultats et la littérature existante, et propose des perspectives en termes de prise en charge dans l’autisme / The social world is inherently very uncertain, as the information can change rapidly, unpredictably, and thus it is essential to be able to adapt. People with autism often show a resistance to change and a preference for sameness, associated with decision-making difficulties. They also report that their difficulties are augmented when the decision involves a change in the routine and when a social component is involved. While the decision-making in a social environment has been widely investigated, the influence of the uncertainty of the context (i.e. of a sudden change in the probability of occurrence of an event) and its interaction with the social nature of the environment has never been studied in the context of autism. This thesis aims to better understand how people with High-Functioning Autism (HFA) and Asperger's syndrome (AS) process an unpredictable context. The main question asked here is which of the social or unexpected aspects denote a problem for people with autism in social interactions. We hypothesized that processing of uncertainty is altered in HFA/AS people compared to matched controls, and we wanted to determine what is the influence of a social or a non-social source of information on this alteration. In the first study of this thesis (a behavioural study), we adapted a decision-making task from Behrens et al. (2007, 2008), which implies a stable and an unstable (i.e. uncertain) conditions. The stable or unstable aspect could derive from a social or a non-social cue. The study showed that in our task the difficulties faced by people with HFA/AS in a social environment are more linked to the uncertainty of the context than to its social aspect. HFA/AS participants also showed a global difficulty to integrate contextual cues in decisionmaking. The second study (a functional MRI study) aimed to identify brain regions involved in the uncertainty processing, as well as the effect of the social nature of the environment on this processing. We observed in HFA/AS participants a weaker engagement of the fronto-parietal attentional cerebral network in an unstable context (regardless whether the cue was social or non-social). We also observed in these participants a difficulty to redirect their attention when contextual cues were not relevant. Moreover, in a social environment people with HFA/AS activated less than controls brain areas belonging to the "social brain”. The discussion draws a parallel between these results and the literature, and opens to rehabilitation perspectives for people with autism

Nos organes sensoriels sont sous un bombardement permanent d'informations provenant du monde extérieur dont seule une infime fraction est intéressante ou pertinente pour l'individu à chaque instant, comme par exemple le visage d'une personne recherchée au milieu d'une foule. Filtrer et extraire cette information sont des fonctions vitales du cerveau, mais les mécanismes neuronaux qui décident de la réussite ou l'échec de cette épreuve restent partiellement compris. La visée de ce projet est d'étudier la relation entre activité neurale de fond et performance comportementale dans des paradigmes nécessitant différents types d'attention, au moyen de techniques comportementales et de la neuroimagerie fonctionnelle. Le modèle théorique que j'évalue dans cette thèse postule une organisation hiérarchique de ces fonctions avec l'éveil comme fonction basique d'activation physiologique, la vigilance comme fonction intermédiaire et l'attention sélective comme niveau le plus élevé et spécifique. Nous proposons en outre que l'attention sélective et la vigilance emploient deux mécanismes orthogonaux ; ces deux versants du spectre attentionnel seront le focus des deux études expérimentales présentées dans ce manuscrit. Dans les deux cas, il s'agit de chercher un lien entre l'activité neuronale spontanée et la variabilité comportementale à travers des essais répétés.J'ai utilisé le paradigme de Stroop pour opérationnaliser l'attention sélective soumise à la distraction ; la couleur du mot écrit étant la cible et le mot lui-même un distracteur en conflit direct avec cette cible. Les résultats indiquent qu'une activité pré-stimulus plus élevée dans les aires frontales et ventrales pertinentes pertinentes pour la tâche corrèle essai par essai avec des temps de réponse plus rapides ; l’effet inverse est observé dans l’aire liée au traitement de la distraction (i.e. sensible à la forme des mots). De plus, la variabilité comportementale observée à travers les sujets corrèle avec la variabilité de l’effet préstimulus dans ces régions. Pour étudier la vigilance j’ai conçu un paradigme expérimental au cours duquel les sujets ont pour instruction de rapporter tout événement saillant dans la modalité auditive ou visuelle, sans aucun signal préparatoire permettant de prédire l’apparition du prochain stimulus ou sa nature. Confirmant nos résultats précédents, des temps de réactions plus rapides sont associés à une activité pré-stimulus plus élevée dans le réseau cingulo-thalamo-insulaire. De surcroît, une activité plus élevée dans le réseau du mode par défaut (DMN) est également associée à des réponses plus rapides alors que l’activité spontanée du réseau attentionnel dorsal (DAN) n’a aucun effet sur les temps de réaction aux essais visuels et un effet négatif sur ceux des essais auditifs. Des temps de réaction plus rapide sont également associés à une activité pré-stimulus plus élevée dans les aires sensorielles primaires, mais uniquement lorsque la modalité du stimulus subséquent est congruente avec l’aire de traitement sensoriel. Les conclusions générales qui découlent de cette thèse sont donc doubles : d’une part elle confirme la pertinence fonctionnelle des fluctuations neuronales spontanées pour le comportement, d’autre part elle apporte une première identification des structures neuronales impliquées dans la vigilance sans la confondre avec l’attention sélective. / How does the brain manage to efficiently select from the abundance of sensory input that information which is currently relevant, as, for example, a known face in a crowd? Filtering and extracting this information are essential functions of the brain, but the neural mechanisms underlying the success or failure of this cognitive operation are only partially understood. Together, the aim of this project is to study, using behavioral and imaging techniques, the relationship between spontaneous neural activity and behavioral performance in task settings involving several types of attention. The related working model I wish to assess in my thesis is that attentional functions are organized in a hierarchical manner, with arousal as a basic function, alertness as an intermediate function and selective attention as the highest and most specific level. I further propose that selective attention and tonic alertness employ two orthogonal mechanisms, those two sides of the attentional spectrum will be the focus of the two experiments presented in this manuscript. In both studies, our aim was to establish a link between spontaneous fluctuations of brain activity and behavioral variability across repeated trials I used the Stroop paradigm to operationalize selective attention under distraction, the target being the color of the ink in which the word is written, the word itself is then a distractor conflicting with the target. Results indicate that higher prestimulus activity in frontal and ventral regions relevant for the task correlates trial-by-trial with faster reaction times, the opposite effect is found in the area involved in the processing of distracting features (i.e. sensitive to the word form). Moreover, inter-subjects behavioral variability also correlated with the prestimulus effect variability in those regions. To study alertness, I designed an experimental paradigm where subjects are instructed to report whatever salient event occurs in the auditory or visual modality during the recording, without any preparatory cue allowing them to predict the timing or type of an upcoming stimulus. Confirming our previous results, faster reaction times were associated with a higher prestimulus activity in the cingulo-thalamo-insular network. Furthermore, higher prestimulus activity in the default mode network (DMN) was also tied to faster responses whereas dorsal attention network (DAN) activity was overall irrelevant and, on auditory trials, even detrimental to performance. Similarly, higher prestimulus activity in the primary sensory cortices was associated with faster responses, but those effects were confined to the respective modality or, for visual trials, most pronounced in the relevant retinotopic representation. The general conclusions resulting from this thesis are two-fold: first, it confirms the functional relevance of spontaneous neuronal fluctuations for behavior; on the other hand, it brings a first identification of the brain structures involved in alertness, without confusing it with selective attention.

Plusieurs études ont récemment fait l'hypothèse qu'un déficit de l'apprentissage procédural commun aux troubles neurodéveloppementaux pouvait permettre d'expliquer leur fréquente association (Nicolson et Fawcett, 2007). Tout spécialement, les circuits neuronaux impliqués dans cet apprentissage (les boucles cortico-striatale, CS et cortico-cérébelleuse, CC) pouvaient rendre compte avec pertinence de la comorbidité fréquente entre Dyslexie Développementale (DD) et Trouble de l'Acquisition de la Coordination (TAC) : 40 à 60% des enfants présentent en effet la double association. Les circuits neuronaux qui soutiennent l'apprentissage d'une séquence motrice et en particulier d'une tâche de tapping de doigts (FTT, Finger Tapping Task) sont bien connus et modélisés (Doyon, Bellec, Amsel, Penhune, Monchi, Carrier et al., 2009) et concernent tout particulièrement ces deux boucles CS et CC. Nous avons donc choisi dans cette thèse d'observer les modifications cérébrales lors de l'apprentissage d'une FTT, chez des enfants âgés de 8 à 12 ans présentant une DD, un TAC ou l'association des deux troubles. Dans un premier temps, nous avons effectué une analyse des données issues des tests neurospychologiques de l'ensemble des enfants de l'étude (20 DD, 22 TAC et 23 DysTAC). Nos résultats ne montrent pas de différences entre les trois groupes aux tests attentionnels, comportementaux et psychosociaux. Nous trouvons des différences aux subtests du WISC-IV en rapport avec les capacités visuospatiales et motrices (Cubes, Symboles, Indice de Vitesse de Traitement) où le groupe DD se montre plus performant que le groupe TAC. Aucune différence n'est retrouvée entre le groupe comorbide et les deux autres groupes, suggérant d'une part un profil cognitif partagé et commun aux troubles neurodéveloppementaux et d'autre part le caractère non cumulatif de l'association des deux troubles. Dans un second temps, nous avons analysé les données issues de l'imagerie fonctionnelle par résonnance magnétique (IRMf) des 48 enfants ayant effectués la partie IRM (16 DD, 16 TAC et 16 DysTAC) afin d'explorer les activités cérébrales lors de la réalisation d'une FTT à deux stades de l'apprentissage (début d'apprentissage et stade automatique après quinze jours d'entraînement). Nos résultats indiquent que les trois groupes d'enfants ont été capable d'accéder à l'automatisation de la FTT après un entraînement approprié, mais en utilisant des processus cérébraux compensatoires différents entre les groupes. Nos résultats ne confirment pas les hypothèses et le modèle théorique de Nicolson, postulant des déficits spécialisés des boucles CS ou CC en fonction des troubles. Par contre, nos résultats mettent très nettement en évidence des mécanismes cérébraux spécifiques aux enfants TAC. Ces derniers présentent en effet une suractivation des aires attentionnelles et un recrutement de zones cérébrales plus important lors de performances similaires à celles des autres enfants. En dernier lieu, nos données indiquent que les groupes DD et DysTAC présentent un profil commun, tant dans les résultats neuropsychologiques que dans les résultats d'imagerie, alors que le groupe TAC est clairement singulier dans son fonctionnement. / Many studies have pointed out the high frequency of co-morbid associations in neurodevelopmental disorders. However, few of them have given details of cognitive functions in developmental dyslexia (DD) and developmental coordination disorder (DCD) children and still fewer on the association of DD and DCD. The main purpose of this article is to compare the intellectual characteristics of the 3 populations and, in particular, to investigate the cognitive profiles of children with co-occurrence. Recent theories consider that procedural learning may support frequent overlap between neurodevelopemental disorders. In particular, the brain networks involved in this learning (cortico-striatal (CS) and cortico-cerebellar (CC) loops) could account for frequent co-morbidity between DCD and DD (about 40 to 60% of DD and DCD subjects suffer from both disorders). The aim of our study was to investigate cerebral changes due to the motor sequence learning process, especially the finger-tapping task (FTT), from acquisition through automatization, in children with DD, DCD, or DD and DCD. The neural circuitry supporting this action is well-known and well-modelled (Doyon et al., 2009), and includes, among others, CC and CS loops. Functional magnetic resonance imaging (fMRI) in 48 children (8-12 years old) with neurodevelopmental disorders (16 DD, 16 DCD and 16 DD+DCD) explored their brain activity during FTT, performed either after 2 weeks of training or in the early stage of learning. First, we analyzed the results in all participants (22 DCD, 20 DD and 23 DD+DCD) in tests assessing cognitive (WISC-IV), attentional (CPT-II) and behavioural (CBCL) abilities. No difference was found between the 3 groups in attention testing (CPT) and behavioural characteristics (CBCL). Significant between-groups differences were observed in Processing Speed Index (PSI) score and the block design and symbol search subtests. Post hoc group comparisons showed that DD fared better than DCD children. No significant differences were found between the co-morbid vs. pure groups: co-morbid association did not cause an accumulation of disorders. Second, our results indicated that all children with DD, DCD or both disorders performed the tasks with good automaticity, but suggested that different compensatory brain processes allowed them to access this automatization stage. Our fMRI results do not appear to confirm Nicolson's model but tend more towards shared disability in CS and CC loops for both DD and DCD, with slight between-group differences in these areas. Moreover, and in agreement with the results of previous fMRI studies in DCD children, our data disclosed increasing evidence that this group needs to invest more brain areas to achieve similar performances. Lastly, it appears that the co-morbid and DD groups are very close in cognitive profile (especially on WISC-IV) and in neural correlates associated with our paradigm, while the DCD group presents specific, distinct and particular characteristics. Our data therefore indicate a promising direction for future research on the neural mechanisms linked with learning in neurodevelopmental disorders and in understanding co-morbidity.

Cette thèse décrit l'intégration multimodale voix-visage pour la perception du genre à l'aide de méthodes comportementales et d'imagerie cérébrale. Dans une première étude psychophysique, les observateurs ont départagé des paires de stimuli voix-visage selon le genre du visage, de la voix ou du stimulus (sans instruction particulière). Une seconde étude a reproduit ce paradigme en ajoutant du bruit visuel et/ou auditif. Conformément à nos résultats théoriques, tâche et bruit peuvent tous deux être modélisés comme des facteurs de pondération. Les deux effets pourraient refléter des changements similaires de hiérarchie fonctionnelle avec la communication par cohérence comme implémentation potentielle de ce mécanisme en termes de modulation sélective de l'information par synchronisation des rythmes d'oscillation neuronaux. Une asymétrie en faveur de la modalité auditive a été trouvée dans les deux études comportementales ainsi que deux interactions : un effet multiplicatif du genre significatif lorsqu'on juge le visage et le stimulus ; un effet de cohérence significatif lorsqu'on juge le visage ou la voix. Une troisième étude en IRMf s'est intéressée aux modulations de connectivité effective entre l'aire fusiforme du visage et l'aire temporale de la voix durant la présentation de stimuli voix-visage en prêtant attention au genre du visage, de la voix ou du stimulus. Une telle modulation a été trouvée dans les tâches du visage et du stimulus en réponse au genre, et dans les tâches du visage et du stimulus en réponse à l'incohérence, deux modulations indépendantes qui pourraient être supportées par l’architecture anatomique en double contre-courant / This thesis describes face-voice multimodal gender integration using complementary behavioral and brain imaging techniques. In a first psychophysical study, observers judged pairs of face-voice stimuli according to face, voice or stimulus (no specific instruction given) gender. A second study tested the bottom-up effect of adding visual and/or auditory noise in the same paradigm. Top-down task and bottom-up noise could both be modeled as weighting effects, as predicted by our theoretical results. Both effects might reflect similar shifts in functional hierarchy. Communication through coherence offers a potential explanation for the neural basis of such a mechanism in terms of selective modulation of segregated cortical streams by oscillatory rhythm synchronization. An asymmetry in favor of the auditory modality was found in both behavioral experiments as well as two interaction effects, first a multiplicative gender effect in the face and stimulus tasks, second an effect of gender coherence in the face and voice tasks. In a third experiment we used fMRI to investigate effective connectivity modulations between the Fusiform Face Area and Temporal Voice Area during the presentation of face-voice stimuli while attending to either face, voice or any gender information. We found a change in effective connectivity for stimulus and face tasks in response to gender information, and for face and voice tasks in response to gender incoherence. These two independent modulations could be supported by the anatomical dual counterstream architecture