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Cette thèse est motivée par l’analyse des données issues de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). La nécessité de développer des méthodes capables d’extraire la structure sous-jacente des données d’IRMf constitue un challenge mathématique attractif. A cet égard, nous modélisons les réseaux de connectivité cérébrale par un graphe et nous étudions des procédures permettant d’inférer ce graphe.Plus précisément, nous nous intéressons à l’inférence de la structure d’un modèle graphique non orienté par une procédure de test multiple. Nous considérons deux types de structure, à savoir celle induite par la corrélation et celle induite par la corrélation partielle entre les variables aléatoires. Les statistiques de tests basées sur ces deux dernières mesures sont connues pour présenter une forte dépendance et nous les supposerons être asymptotiquement gaussiennes. Dans ce contexte, nous analysons plusieurs procédures de test multiple permettant un contrôle des arêtes incluses à tort dans le graphe inféré.Dans un premier temps, nous questionnons théoriquement le contrôle du False Discovery Rate (FDR) de la procédure de Benjamini et Hochberg dans un cadre gaussien pour des statistiques de test non nécessairement positivement dépendantes. Nous interrogeons par suite le contrôle du FDR et du Family Wise Error Rate (FWER) dans un cadre gaussien asymptotique. Nous présentons plusieurs procédures de test multiple, adaptées aux tests de corrélations (resp. corrélations partielles), qui contrôlent asymptotiquement le FWER. Nous proposons de plus quelques pistes théoriques relatives au contrôle asymptotique du FDR.Dans un second temps, nous illustrons les propriétés des procédures contrôlant asymptotiquement le FWER à travers une étude sur simulation pour des tests basés sur la corrélation. Nous concluons finalement par l’extraction de réseaux de connectivité cérébrale sur données réelles. / This thesis is motivated by the analysis of the functional magnetic resonance imaging (fMRI). The need for methods to build such structures from fMRI data gives rise to exciting new challenges for mathematics. In this regards, the brain connectivity networks are modelized by a graph and we study some procedures that allow us to infer this graph.More precisely, we investigate the problem of the inference of the structure of an undirected graphical model by a multiple testing procedure. The structure induced by both the correlation and the partial correlation are considered. The statistical tests based on the latter are known to be highly dependent and we assume that they have an asymptotic Gaussian distribution. Within this framework, we study some multiple testing procedures that allow a control of false edges included in the inferred graph.First, we theoretically examine the False Discovery Rate (FDR) control of Benjamini and Hochberg’s procedure in Gaussian setting for non necessary positive dependent statistical tests. Then, we explore both the FDR and the Family Wise Error Rate (FWER) control in asymptotic Gaussian setting. We present some multiple testing procedures, well-suited for correlation (resp. partial correlation) tests, which provide an asymptotic control of the FWER. Furthermore, some first theoretical results regarding asymptotic FDR control are established.Second, the properties of the multiple testing procedures that asymptotically control the FWER are illustrated on a simulation study, for statistical tests based on correlation. We finally conclude with the extraction of cerebral connectivity networks on real data set.

L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf ) permet de détecter sur le cerveau entier des activations neuronales en réponse à un stimulus, par le biais de l'observation des modifications hémodynamiques occasionnées. En particulier, l'IRMf est un outil de choix pour l'étude des mécanismes de la stimulation cérébrale profonde et de la stimulation du nerf vague qui sont encore mal connus. Cependant, cette technique n'est pas facilement utilisable chez l'homme en raison des problèmes de sécurité vis-à-vis de l'action des champs magnétiques intenses utilisés en IRM au niveau des électrodes implantées. Les développements méthodologiques chez l'animal sont donc nécessaires. L'objectif principal de cette thèse est l'étude des mécanismes à distance de la stimulation du système nerveux central et périphérique par IRMf chez le rat. Nous présentons dans un premier temps les séquences IRM rapides utilisées en IRMf, comme l'Echo-Planar Imaging multishot, permettant d'imager le cerveau entier en 1 à 2 secondes seulement, ainsi que les différents problèmes posés par l'utilisation de ces séquences, comme les artefacts de susceptibilité magnétique. Le couplage des séquences développées durant cette thèse avec des mesures électrophysiologiques a notamment permis l'imagerie des réseaux épileptiques chez le rat. Dans un second temps, nous développons les problèmes posés par la préparation animale, particulière en IRMf de par le fait que le couplage neurovasculaire doit être préservé sous anesthésie afin de préserver les activations neuronales. Après comparaison avec les anesthésies à l'isoflurane et la kétamine, nous avons déduit que la médétomidine constituait un anesthésique de choix pour l'IRMf du rongeur, et précisons le protocole de préparation animale utilisé pour l'imagerie. De plus, les électrodes utilisées en stimulation intracérébrale induisent des artefacts importants en imagerie, et des électrodes constituées de matériaux amagnétiques sont nécessaires. Nous expliquons pourquoi nous avons choisi des électrodes en carbone, et présentons le protocole de fabrication utilisé. Nous avons ensuite validé ces développements méthodologiques par des expériences d'IRMf de challenges hypercapniques et de stimulation de la patte chez le rat. Puis nous avons conduit une étude IRMf approfondie des mécanismes d'action de la stimulation du nerf vague, en s'intéressant à la distinction entre activations neuronales et effets cardiovasculaires confondants par modélisation causale dynamique. Nous présentons aussi des résultats en IRMf de la stimulation électrique intracérébrale chez le rat. Plusieurs cibles ont été stimulées (noyau géniculé dorso-latéral, gyrus dentelé, striatum et thalamus), et des activations ont été obtenues à distance de l'électrode, conformément aux connaissances actuelles sur les connexions neuroanatomiques de ces noyaux. Ainsi, nous avons mis au point et validé l'IRMf du rat et son application à la stimulation électrique du système nerveux périphérique et central. / Functional magnetic resonance imaging (fMRI) can detect neuronal activations in the entire brain, in response to a stimulus, through the observation of subsequent hemodynamic changes. In particular, fMRI is a good tool for studying the mechanisms of deep brain stimulation and vagus nerve stimulation, which are still poorly understood. However, this technique is not readily usable in humans because of safety concerns towards the action of the strong magnetic fields used in MRI on implanted electrodes. Indeed, methodological developments in animals are needed. The main goal of this thesis is to study the mechanisms of central and peripheral nervous system stimulation in rats by fMRI. First, fast MRI sequences used in fMRI are exposed, such as multishot Echo-Planar Imaging, allowing to image the entire brain in a couple of seconds. Various imaging problems posed by these sequences, such as magnetic susceptibility artifacts, are also presented. These sequences, developed during this thesis, associated with electrophysiological measurements, allowed imaging of epileptic networks in the rat. Secondly, animal preparation is developped, as it is peculiar in fMRI : neuronal activations, as well as neurovascular coupling, must be preserved under anesthesia. Compared to anesthesia by isoflurane and ketamine, it was concluded that medetomidine was an anesthetic of choice for fMRI of the rodent, and the protocol used for animal preparation for imaging is specified. Furthermore, the electrodes used in deep brain stimulation induce significant artifacts in MRI images, and electrodes made of amagnetic materials are needed. Our choice of carbon electrodes is explained, and the manufacturing protocol used is exposed. These methodological developments were then validated in fMRI experiments of hypercapnic challenges and forepaw stimulation. Finally, an fMRI experiment studying mechanisms of action of vagus nerve stimulation was conducted, focusing on the distinction between neuronal activations and confounding cardiovascular effects by dynamic causal modeling. Also, results on fMRI of deep brain stimulation in rats are presented. Several targets were stimulated (dorsolateral geniculate nucleus, dentate gyrus, striatum and thalamus), and activations were obtained at a distance from the electrode. Results were in accordance with current knowledge on neuroanatomical connections of these nuclei. Thus, we developed and validated fMRI of the rat and its application to electrical stimulation of peripheral and central nervous system.

La gravité est omniprésente et affecte la dynamique de tous les mouvements que nous réalisons au quotidien. Variant de moins de 1% sur la surface terrestre, la force d’attraction gravitationnelle (9.81 m/s2) est actrice de l’évolution de toute espèce vivante. Grâce à un système sensoriel performant, les conséquences des effets de la gravité sur nos mouvements sont mémorisées sous la forme de représentations internes. Pour éviter d’être tributaires des délais temporels contraignants des signaux afférents du système sensoriel (trop longs si le mouvement doit être réalisé en urgence), l’individu agit de façon proactive en utilisant des modèles internes adaptés qu’il a notamment élaborés au cours de son expérience passée. Ces modèles sont utilisés essentiellement au cours d’une phase de planification motrice durant laquelle une commande motrice est définie pour initier l’action. La connaissance antérieure de notre système biomécanique et de notre environnement détermine donc l’ensemble des modèles internes de chaque individu. Cependant, à l’état initial, les retours sensoriels peuvent aussi être utilisés pour élaborer une stratégie motrice optimale. Pour anticiper au mieux les effets de la gravité, le rôle de ces informations initiales issues de feedback sensoriel reste encore à approfondir. C’est au cours de ces travaux de thèse que nous avons mis en évidence l’importance de ces informations avant l’exécution du mouvement. Une fois disponible (~100ms après le début du mouvement), les retours sensoriels disponibles sont alors intégrés aux modèles internes pour permettre un monitoring de la tâche motrice et éventuellement ajuster la stratégie au cours du mouvement. Ils sont d’autant plus utiles lorsque l’individu fait face à un nouveau contexte dynamique. En effet, l’individu va se fier davantage aux informations issues du système sensorimoteur, étant donné qu’il ne dispose d’aucun modèle interne adapté. C’est au cours d’une phase d’apprentissage que de nouveaux modèles internes vont être établis. Les facteurs qui permettent un apprentissage sont multivariés et dépendent du système sensoriel de chaque individu. Nous avons montré que lorsque tous les systèmes sensoriels subissent les effets d’un nouvel environnement gravito-inertiel, l’apprentissage était facilité. Ce résultat contraste avec le manque d’adaptation – voire les interférences – parfois observés lors d’apprentissages de tâches beaucoup plus simples. Tous ces mécanismes observables au niveau comportemental sont traités dans le cortex cérébral, et la prise en compte puis l’encodage des effets de la gravité sont effectués dans des aires cérébrales spécifiques. Si elles forment le réseau visuel vestibulaire lorsqu’il s’agit de prédire les effets de la gravité appliqués à des objets extérieurs, nous avons voulu savoir si le même réseau fonctionnel était responsable du traitement de la gravité lorsqu’il s’agissait de la production d’un mouvement. Nous avons mis en évidence que le cortex insulaire est le siège de ce réseau vestibulaire. Ainsi, grâce à une étude d’imagerie mentale qui n’induit pas de mouvement, nous avons également pu observer des différences de circuiterie au sein même de l’insula lorsque des informations gravitaires utiles fournies par les capteurs sensoriels, en particulier proprioceptifs, sont transmises (phase d’exécution), ou non (phase de planification du mouvement) au cerveau. / Gravity is immutable, ubiquitous and affects the dynamic of our daily movements. The gravitational attraction (9.81 m / s2) which varies less than 1% of the earth's surface, is an actress of the evolution of all living species. Thanks to an efficient sensorimotor system, the dynamical consequences of the effects of gravity on our movements are stored as internal representations. To circumvent the time delays of the afferent signals coming from the sensorimotor system (too long to plan quick movements), the Central Nervous System (CNS) acts in a proactive fashion by using suitable internal models developed during our past experiences. These models are mainly used during the motor planning to provide a motor command to initiate the action. Prior knowledge of our biomechanical system and our environment therefore characterizes the diversity of internal models of each individual. However, before movement’s execution, sensory feedback can also be used to develop an optimal strategy of the motor task. The role of this initial information coming from the sensory feedback to anticipate the effects of gravity remains to deepen. During this thesis, we have highlighted the critical role of the initial information to plan a movement. Once available (~ 100 ms after the beginning of the movement), the sensory feedback is then integrated into internal models to control the motor task and if it is necessary, to adjust the strategy during movement execution. The initial information is especially useful when we have to deal with a new dynamical context. Indeed, the CNS will much more rely on this information coming from the sensorimotor system, given that no internal model related to the unusual context has still been developed. During a learning phase new internal models will be established. The parameters which allow learning are various and depend on the sensorimotor system of each individual. We have shown that when all the sensory systems are affected by the effects of a new gravito-inertial environment, learning was facilitated. This result contrasts with the lack of adaptation - or interference - sometimes observed during learning tasks much easier. All these mechanisms observed at a behavioral stage are processed in the cerebral cortex, and the integration and encoding of the effects of gravity are processed in specific brain areas. In particular, concerning external objects, the vestibular network is engaged to predict the effects of gravity. Thus, we wanted to know if the same functional network was responsible of the processing of the dynamical constraints of gravity during movement’s execution. We have shown that the insular cortex, which is the core region of the visual vestibular system, plays an important role. Then, by using mental imagery paradigm that does not induce movement, we also observed differences in the circuitry within the insula when gravity-relevant signals related to movement’s execution are transmitted or not to the brain.

La fatigue post-accident vasculaire cérébral (FPAVC) est fréquente et invalidante. Pour autant, elle reste à ce jour un phénomène mal connu et reconnu. Dans ce travail de thèse, nous avons réalisé une synthèse exhaustive de la littérature scientifique sur les facteurs associés à la FPAVC. Il en ressort qu’elle est fréquemment reliée aux symptômes dépressifs et anxieux mais que ses mécanismes physiopathologiques sont encore peu compris. Nous avons conduit une étude de la FPAVC sur 153 patients de la cohorte hospitalière STROKDEM (NCT01330160) ayant été suivis 6 mois après leur AVC ischémique. Dans une première étude, nous avons montré que la FPAVC n’était pas un effet secondaire des médicaments utilisés par les patients à la sortie de l’hôpital et à 6 mois. Elle reflèterait plutôt la présence de troubles fréquemment observés après un AVC comme la dépression, l’anxiété et les troubles du sommeil. Dans une deuxième étude, nous avons mis au jour une association forte entre FPAVC et plaintes cognitives subjectives des patients qui contrastait avec l’absence d’association avec les performances cognitives objectives lors de l’évaluation neuropsychologique, quel que soit le domaine cognitif considéré. Dans une troisième étude, nous avons exploré les mécanismes neuronaux sous-jacents à la FPAVC. Avec une analyse exploratoire et sans a priori, nous n’avons pas montré de différence de connectivité fonctionnelle au repos entre les patients avec ou sans FPAVC. L’ensemble de ces données nous apporte des éléments permettant d’avancer dans la compréhension du phénomène complexe qu’est la FPAVC. / Post-stroke fatigue (PSF) is frequent and debilitating. However, PSF is up to date a poorly understood and unrecognized phenomenon. In this thesis, we have done an exhaustive synthesis of scientific literature on factors associated with PSF. It indicates that PSF is frequently related with depressive and anxious symptoms but there is a lack of understanding of its physiopathological mechanisms. We conducted a study of PSF on 153 patients from the hospital-based cohort study STROKDEM (NCT01330160), followed-up for 6 months after an ischemic stroke. In a first study, we have shown that PSF was not a side effect of drugs use. PSF more reflects presence of disturbances frequently observed after stroke such as depression, anxiety, or sleep disturbances. In a second study, we have observed a strong association between PSF and subjective cognitive complaints that contrasted with the absence of association with objective cognitive performances during the neuropsychological evaluation, regardless of the considered cognitive domain. In a third study, we explored neuronal mechanisms underlying PSF. With an exploratory analysis, without a priori, we did not demonstrate any difference in functional connectivity at rest between patients with or without PSF. As a whole, these data give us pieces to progress in the understanding of the complex phenomenon named PSF.

Les mécanismes cérébraux engagés dans la prise de décision sont loin d’être compris. Ils peuvent cependant être décomposés en plusieurs étapes : il s’agit premièrement d’assigner une « valeur » aux options considérées, c’est-à-dire une quantification subjective du désir d’obtenir chacune d’entre elles. Ensuite, il faut les comparer afin d’être capable de sélectionner celle qui a la plus grande valeur. L’assignation d’une valeur à un objet semble être effectuée par un réseau cérébral qui recoupe le réseau de la récompense identifié chez l’animal et il a été logiquement nommé le « système cérébral des valeurs ». Le travail réalisé dans cette thèse s’intéresse à la notion de valeur et aux moyens d’y avoir accès, aux propriétés du réseau cérébral d’évaluation et à son implication dans le processus de décision. La première étude a montré que les moyens utilisés pour mesurer les valeurs pouvaient être considérés comme équivalents. La deuxième étude, réalisée sur des données d’intra-électroencéphalographie humaine, a permis d’étudier la dynamique neurale du réseau cérébral d’évaluation, mais aussi d’étudier ses propriétés. La dernière expérience, faite en IRMf propose une solution générale sur l’implémentation neurale du processus de décision et révèle des mécanismes sources de biais dans le comportement jusqu’ici inexplorés. Les résultats de ces études considérés dans leur ensemble mettent en lumière certains mécanismes cognitifs de la prise de décision en explorant les propriétés neurales d’assignation de valeurs mais également en proposant un nouveau cadre d’implémentation de la décision elle-même. / Neural processes engaged in decision-making remain unclear. A decomposition of these processes might help us to understand the involved mechanisms. Indeed, first we need to assign what we will call a ‘subjective value’ to each option – i.e. the quantification of how much we like each of these options. Then, we need to compare those values to finally being able to select one of them. Assigning a value seems to be the function of an interesting brain network which overlaps the reward circuitry identified in animal studies – and which is called the Brain Valuation System (BVS). In the first study of this PhD thesis, we investigated and compared three behavioral ways to have an access to these ‘subjective values’. We found that subjective values were relatively robust to the way they were elicited. In the second study, we investigated the specific properties of the Brain Valuation System established through fMRI in humans in a large dataset of intra-EEG recordings in epileptic patients. Finally, in the last study we investigated how this brain network was involved during a binary choice in fMRI. Altogether, our findings shed light on the distinct cognitive mechanisms underlying value-based decision-making i) by exploring the neural properties of value assignment and ii) by proposing a general solution to the neural implementation of the comparison between option values. We believe this demonstration points to hidden default policies as sources of bias in choices.

Près de 30% des patients ayant survécus à un AVC, développent une dépression (DPAVC) dont le retentissement sur la qualité de vie peut être majeur. Sa physiopathologie est encore méconnue et les critères diagnostiques ne sont pas clairement définis. Notre objectif est d'identifier des facteurs précoces neuropsychologiques et de neuroimagerie prédictifs d'une dépression 3 mois après l’AVC.Cinquante-cinq patients présentant un premier AVC, sans antécédent neurologique ou psychiatrique ont été inclus. Dix jours après l’AVC, la sévérité des symptômes dépressifs et anxieux a été évaluée d’une part, par les échelles standard d’Hamilton et d’autre part, en vie quotidienne durant 7 jours, par la méthode d’échantillonnage des expériences (ESM). Au même temps, un examen d’IRM multimodale a été réalisé (IRM fonctionnelle de repos, DTI et 3D T1) afin d'évaluer les modifications anatomo-fonctionnelles de l’organisation cérébrale. Trois mois après l’AVC, une mesure standard de la sévérité des symptômes dépressifs et anxieux est à nouveau effectuée. A partir de ces données nous avons exploré la relation existant entre 1/ la sévérité des symptômes dépressifs et les données IRM 2/ la sévérité des symptômes dépressifs et les données ESM 3/ la sévérité des symptômes dépressifs mesurée par ESM et les modifications anatomo-fonctionnelles cérébrales. Nous avons mis en évidence une modification de la connectivité fonctionnelle entre les régions postérieures du réseau en "default mode", de la même façon que dans les dépressions majeure et vasculaire ; et entre le cortex temporal moyen et ce réseau. A la phase aigue de l’AVC, 2 profils symptomatologiques se distinguent : le premier est caractérisé par une grande fatigue et une forte anhédonie, le deuxième est définit par de la tristesse, une forte anxiété, des pensées négatives et une forte réactivité émotionnelle. Ce dernier est associé au risque de DPAVC à 3 mois. Enfin, nous avons montré que les modifications fonctionnelles du DMN prédictives de l’AVC étaient associées à la réactivité émotionnelle, alors que le volume de substance grise du cervelet était corrélé à la fréquence des pensées positives et négatives.En conclusion, la physiopathologie de la DPAVC présenterait des similitudes avec celle de la dépression majeure et de la dépression vasculaire, mais aussi des différences comme l’engagement du cortex temporal moyen au sein du réseau en « default mode ». De plus, cette étude suggère qu'à côté de l'implication de la lésion cérébro-vasculaire, des critères de vulnérabilité psychobiologiques antérieurs à l’AVC influenceraient la survenue d’une dépression. / 30% of stroke survivors will experience Post-Stroke Depression (PSD) that is associated to a poor quality of life. PSD is still under-diagnosed due to the absence of clear diagnostic criteria and its pathophysiology remains unknown. The aim of this study was to identify early imaging and psychiatric risk factors of depression 3 months after stroke. Patients with a first ischemic stroke, without any neurologic and psychiatric history were included. Daily-life symptoms were evaluated using ESM 10 days after stroke. Brain MRI acquisition was performed at 10 days after stroke including DWI, FLAIR/T2, resting state fMRI and anatomical sequences. We explored the association between 1/ the severity of depressive symptoms and MRI data 2/ the severity of depressive symptoms and ESM data 3/ the severity of depressive symptoms measured by ESM and MRI data.Results revealed a modification of the functional connectivity between posterior structures of the DMN (Default Mode Network) and between the middle temporal cortex and the DMN. In the acute phase, depressed patients presented either high fatigue and anhedonia or another profile including high anxiety, negative thoughts and emotional reactivity which is associated to the risk of depression 3 months after stroke. Moreover, we demonstrated that functional connectivity modifications within the DMN and the cerebellum grey matter were respectively associated to emotional reactivity and the frequency of positive and negative thoughts.In conclusion, modifications of the DMN were implicated in the physiopathology of PSD in the same way that major or vascular depression, with a specificity represented by the new contribution of the middle temporal cortex within the DMN. Furthermore, this study suggests that more than a stroke lesion, anterior psychobiological vulnerabilities of an individual patient could mediate PSD occurrence.

L’apprentissage inter-sujet consiste à fournir des prédictions sur des données d'un sujet humain non présent dans la base d’apprentissage, comme dans l’aide au diagnostic où un ordinateur doit prédire si un sujet inconnu est sain ou malade. Dans cette thèse, nous défendons le point de vue que ce problème doit être formalisé dans le cadre multi-source, où chaque sujet d’apprentissage fournit une source de données. Nous présentons ensuite trois contributions destinées à des applications en neuroimagerie.La première est une méthode de prédiction inter-sujet pour données d'IRM fonctionnelle. La variabilité inter-sujet fait que les espaces d’entrée sont tous différents. Nous construisons un espace commun à l'aide de graphes et d'un noyau de graphe, qui projette ces données dans un espace de hilbert à noyau reproduisant. Nous démontrons l’efficacité de cette approche sur des données de tonotopie enregistrées dans le cortex auditif.La deuxième est une méthode de morphométrie corticale. Nous construisons des graphes à partir des extrema de profondeur du cortex, que nous projetons dans un espace commun grâce à un noyau de graphe. Une méthode d’inférence spatiale permet l’identification des zones du cortex qui présentent des différences entre populations. Nous étudions avec cette méthode les asymétries corticales et les différences inter-sexe.La troisième est une méthode d’adaptation de domaine multi-source. Nous décrivons une extension du kernel mean matching au cas où l’ensemble d’apprentissage se compose de plusieurs sources de données et des résultats préliminaires sur une tâche de classification inter-sujet dans une expérience de magnéto-encéphalographie. / Inter-subject learning consists in giving predictions on data from a subject not present in the training database, as with computer-aided diagnosis where the computer has to guess wether an unknown individual is healthy or sick. In this thesis, we argue that inter-subject learning should be handled in the multi-source framework where each subject is a different source of data. We then introduce three original contributions for neuroimaging applications.The first one is a method for inter-subject predictions of fMRI data. Because of the inter-subject variability, the original feature spaces are all different. Using graphs and a graph kernel, the input patterns are implicitly projected into a common reproducing kernel hilbert space. We show the effectiveness of this method on tonotopy data recorded in the auditory cortex.The second one is a cortical morphometry method. We design graphs from the deepest points of cortical sulci, and we project them into a common space using a graph kernel. A spatial inference method is then proposed to perform the detection of cortical zones where populations are different. Using this method, we study cortical asymmetries and gender differences.The third contribution of this thesis is a multi-source domain adaptation technique. Our method is an extension of the kernel mean matching for the multi-source case. We present preliminary results on a inter-subject prediction task used to analyse data from a magneto-encephalography experiment.

Il est communément admis que les adultes résolvent les problèmes arithmétiques simples (e.g., 3+2, 3X2, 32) en récupérant directement le résultat de ces problèmes en mémoire. Des études récentes suggèrent cependant que certains de ces problèmes (e.g., additions et soustractions) seraient résolus par l'application de procédures de calcul automatisées reposant sur des mécanismes spatio-attentionnels. Cette thèse avait pour objectif de tester cette hypothèse. Une première étude comportementale a montré que résoudre des additions et des soustractions simples s'accompagne de déplacements horizontaux de l'attention (vers la droite pour les additions et vers la gauche pour les soustractions) chez l'adulte. Ceci confirme la présence de procédures automatisées qui seraient de nature spatiale et pourraient prendre la forme de déplacements attentionnels sur une ligne numérique mentale. Deux autres études ont permis d'explorer les bases neurales de ces procédures automatisées et leur développement grâce à l'imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle. Les résultats indiquent que l'automatisation de ces procédures de calcul au cours de l'éducation dépendrait initialement de mécanismes spatiaux supportés par l'hippocampe chez l'enfant. Chez l'adulte, en revanche, ces procédures automatisées seraient associées aux régions corticales impliquées dans l'orientation de l'attention. Cette thèse confirme l'existence de procédures spatiales automatisées dans l'arithmétique élémentaire et amène à reconsidérer les modèles classiques d'apprentissage de l'arithmétique / It is commonly accepted that educated adults solve simple arithmetic problems (e.g., 3+2, 3X2, 32) by directly retrieving the result from memory. However, recent studies suggest that some of these problems (e.g., addition and subtraction) may instead be solved by means of automated calculation procedures relying on spatial attentional mechanisms. The goal of this thesis was to test that hypothesis. In a first behavioral study, we showed that solving simple addition and subtraction problems is accompanied by horizontal shifts of attention (rightward for addition and leftward for subtraction) in adults. This confirms the existence of automated procedures that may be spatial in nature and take the form of attentional shifts along a mental number line. In two other studies, we explored the neural bases of these automated procedures and their development by using functional magnetic resonance imaging. The results showed that the automatization of calculation procedures over development may initially depend on spatial mechanisms supported by the hippocampus in children. In educated adults, however, automated procedures are associated with cortical regions involved in the orienting of spatial attention. This thesis confirms the existence of automated spatial procedures in simple arithmetic and calls upon a reconsideration of the classical models of arithmetic learning

Objectifs : Mesurer le niveau de handicap perceptif secondaire à une surdité unilatérale par approches psychoacoustique, questionnaires de qualité de vie et IRMf. Ce travail repose sur deux études qui étudient un lien entre : 1) les performances psychoacoustiques et le ressenti de qualité de vie et 2) les performances psychoacoustiques et le niveau de réorganisation centrale. Matériels et méthodes : Pour l'étude 1, 49 sujets adultes présentant une surdité unilatérale (UHL) et 11 contrôles ont été recrutés. Ils ont été évalués en psychoacoustique par le test FrMatrix en champ libre et dans trois conditions et ont répondu aux questionnaires de qualité de vie le Speech, Spatial and Quality of Hearing Scale (SSQ) et le Glasgow Health Status Inventory (GHSI). Pour l'étude 2, 15 sujets UHL et 15 contrôles ont été recrutés. Outre les tests psychoacoustiques de l'étude 1, les sujets ont écouté activement des sons naturels en IRMf. Résultats : L'étude 1 retrouve une corrélation significative (rho = 0.38) entre le score global au SSQ et le test FrMatrix lorsque le signal est envoyé à l'oreille déficiente et le bruit à l'oreille saine (condition dichotique). L'étude 2 démontre une corrélation significative entre le niveau de réorganisation et le FrMatrix (rho = 0.66) en condition dichotique. Conclusion : La surdité unilatérale engendre un niveau de réorganisation corticale qui s'accompagne d'une baisse significative des performances psychoacoustiques et de la qualité de vie. Ce travail souligne donc la nécessité d'une prise en charge thérapeutique des sujets présentant une surdité unilatérale. / Objectives: We evaluated the consequences of unilateral hearing loss (UHL) for speech recognition in spatially separated competing noise, quality of life and brain activity via fMRI. In the first study we investigated the relationship between speech recognition and quality of life (Study 1), and in the second between speech recognition and the reorganization of brain activity. Materials and methods: In the first study 49 UHL subjects and 11 controls were recruited. Speech recognition in three speech and noise configurations was assessed with the FrMatrix test and quality of life with the Speech Spatial and Quality of Hearing Scale (SSQ) and the Glasgow Health Status Inventory. In the second study, 14 UHL and 14 matched controls were recruited. They underwent the same speech recognition testing as in the first study and also participated in a fMRI experiment that involved actively listening to naturals sounds. Results: The first study showed a significant correlation (r = 0.38) between SSQ scores and speech recognition where the competing noise was send to the better ear and the noise contralaterally (dichotic). The second study showed a significant correlation (r = 0.66) between speech recognition scores (dichotic listening situation)and brain reorganization. Conclusion: Unilateral hearing loss induces brain reorganization that significantly correlates with deficits in speech recognition in noise and overall quality of life. This work highlights the need for greater attention to improve the understanding and rehabilitation of unilateral hearing loss.