Une des capacités cérébrales les plus fondamentales, qui est essentiel pour tous les fonctions cognitifs de haut niveau, est de garder des informations pertinentes de tâche pendant les périodes courtes de temps; on connaît cette capacité comme la mémoire de travail (WM). Dans des décennies récentes, accumule là l'évidence d'activité pertinente de tâche dans le cortex préfrontal (PFC) de primates pendant les périodes de "delay" de tâches de "delay-response", impliquant ainsi que PFC peut maintenir des informations sensorielles et ainsi la fonction comme un module de WM. Pour la récupération d'informationssensorielles de l'activité de réseau après que le stimulus sensoriel n'est plus présent il est impératif que l'état du réseau au moment de la récupération soit corrélé avec son état au moment de la compensation de stimulus. Un extrême, en vue dans les modèles informatiques de WM, est la coexistence d'attracteurs multiples. Dans cette approche la dynamique de réseau a une multitude d'états stables possibles, qui correspondent aux états différents de mémoire et un stimulus peut forcer le réseau à changer à un tel état stable. Autrement, même en absence d'attracteurs multiples, si la dynamique du réseau estchaotique alors les informations sur des événements passés peuvent être extraites de l'état du réseau, à condition que la durée typique de l'autocorrélation (AC) de dynamique neuronale soit assez grande. Dans la première partie de cette thèse, j'étudie un modèle à base d'attracteur de mémoire d'un emplacement spatial, pour examiner le rôle des non-linéarités de courbes de f-I neuronales dans des mécanismes de WM. Je fournis une théorie analytique et des résultats de simulations montrant que ces nonlinéarités, plutôt que les constants de temps synaptic ou neuronal, peuvent être la base de mécanismes de réseau WM. Dans la deuxième partie j'explore des facteurs contrôlant la durée d'ACs neuronales dans ungrand réseau "balanced" affichant la dynamique chaotique. Je développe une théorie de moyen champ (MF) décrivant l'ACs en termes de plusieurs paramètres d'ordre. Alors, je montre qu'en dehors de la proximité au point de transition-à-chaos, qui peut augmenter la largeur de la courbe d'AC, l'existence de motifs de connectivité peut causer des corrélations de longue durée dans l'état du réseau. / One of the most fundamental brain capabilities, that is vital for any high level cognitive function, is to store task-relevant information for short periods of time; this capability is known as working memory (WM). In recent decades there is accumulating evidence of taskrelevant activity in the prefrontal cortex (PFC) of primates during delay periods of delayedresponse tasks, thus implying that PFC is able to maintain sensory information and so function as a WM module. For retrieval of sensory information from network activity after the sensory stimulus is no longer present it is imperative that the state of the network at the time of retrieval be correlated with its state at the time of stimulus offset. One extreme, prominent in computational models of WM, is the co-existence of multiple attractors. In this approach the network dynamics has a multitude of possible steady states, which correspond to different memory states, and a stimulus can force the network to shift to one such steady state. Alternatively, even in the absence of multiple attractors, if the dynamics of the network is chaotic then information about past events can be extracted from the state of the network, provided that the typical time scale of the autocorrelation (AC) of neuronal dynamics is large enough. In the first part of this thesis I study an attractor-based model of memory of a spatial location to investigate the role of non-linearities of neuronal f-I curves in WM mechanisms. I provide an analytic theory and simulation results showing that these nonlinearities, rather than synaptic or neuronal time constants, can be the basis of WM network mechanisms. In the second part I explore factors controlling the time scale of neuronal ACs in a large balanced network displaying chaotic dynamics. I develop a mean-field (MF) theory describing the ACs in terms of several order parameters. Then, I show that apart from the proximity to the transition-to-chaos point, which can increase the width of the AC curve, the existence of connectivity motifs can cause long-time correlations in the state of the network.

L’objectif principal de ce travail est de caractériser par une approche multimodale d’imagerie les bases neurales structurales et fonctionnelles qui sous-tendent les troubles cognitifs et la QV dans la schizophrénie. L’objectif secondaire est de tester la valeur prédictive des troubles cognitifs et de la QV pour l’évolution et le fonctionnement dans la schizophrénie.Nous avons d’abord exploré les profils d’activation cérébrale au cours d’une tâche de mémoire de travail entre des patients qui ont une courte durée d’évolution de la maladie et ceux qui ont une longue durée d’évolution de la maladie. Nous avons retrouvé une hyper activation de certaines régions cérébrales chez les patients avec un longue durée d’évolution de la maladie comparativement aux patients avec une courte durée d’évolution. Nous avons ensuite étudié les bases neurales structurales de la QV. Nous avons mis en évidence qu’une QV altérée était associée à des changements plus importants de la microstructure cérébrale dans des régions altérées par le processus pathologique de la schizophrénie. Nous avons enfin étudié les réseaux cérébraux fonctionnels qui sous-tendent la QV. Nous rapportons que des régions cérébrales impliquées dans la prise de décision, dans le traitement des émotions et dans les cognitions sociales sont liées aux dimensions de la QV.D’une part nos travaux suggèrent qu’une réorganisation fonctionnelle dans le réseau cérébral de la mémoire de travail joue un rôle compensateur lors de l’évolution de la schizophrénie. D’autre part, nos résultats laissent supposer que la QV serait l’expression précoce des anomalies cérébrales induites par les processus pathologiques de la schizophrénie. / We conducted a multimodal neuroimaging approach combining the study of working memory activation with fMRI, the study of microstructural abnormalities associated with impaired QoL using MTI and the study of the functional brain substrate of QoL using SPECT. We aimed to characterize structural and functional neural basis of cognitive impairment and QoL in schizophrenia. We secondarily aimed to test the predictive value of cognitive impairment and QOL for the evolution and functioning in schizophrenia.First, we explored brain activation during a working memory task between patients with short disease duration and patients with long disease duration. We found a functional reorganization in patients with long schizophrenia duration having brain hyperactivations relative to short schizophrenia duration patients. Secondly, we investigated and compared microstructural abnormalities in patients with preserved Qol and impaired QoL. We showed that patients with impaired QoL had more microstructural changes in brain regions affected by the disease process of schizophrenia.Finally, we studied the neural substrate of QoL in schizophrenia. We reported that brain regions involved in cognitions, emotional information processing and social cognition underlie the different QoL dimensions in schizophrenia. On the one hand, our findings suggest that a functional reorganization in the working memory neural network plays a compensatory role in the schizophrenia course. On the other hand, our results suggest that QoL could be the early expression of brain abnormalities induced by the disease process of schizophrenia.

Si de nombreux travaux ont été consacrés aux représentations spatiales chez le jeune adulte, la nature des modèles spatiaux, les processus qui président à leur construction et la façon dont ils se développent sont encore loin d'être compris. L'originalité de cette thèse tient au fait d'étudier conjointement les composantes cognitives et langagières dans l'acquisition des représentations d'itinéraires virtuels par des enfants (de 5 à 11 ans) et des adultes, ainsi que les différences individuelles liées à des capacités générales variées. Dans une première partie, la thèse présente les principaux concepts de la cognition spatiale issus des travaux menés chez l'adulte ainsi que l'état des connaissances théoriques et empiriques actuelles sur le développement des représentations spatiales chez l'enfant. Un chapitre s'intéresse ensuite au rôle du langage dans la construction des représentations spatiales et un autre à celui de la mémoire de travail. Afin de mieux comprendre le type de représentation qu'un enfant élabore au cours de son développement, une deuxième partie de la thèse présente trois expériences étudiant le développement des connaissances sur les repères et la route. Les deux premières études ont permis d'observer une augmentation qualitative et quantitative de la connaissance des repères, c'est-à-dire des entités spécifiques qui jalonnent un itinéraire, mais également de la connaissance de la succession de ces repères et des directions empruntées. Le rôle particulier des repères situés à un changement de direction est attesté chez l'adulte comme chez l'enfant. L'augmentation de ces connaissances avec l'âge est observée avec des tâches de production et de reconnaissance, aussi bien verbales que non-verbales. Ces résultats suggèrent l'existence d'une seule représentation commune ou de deux formats de représentations fortement reliés. Le lien important entre les informations verbales et non-verbales dans les représentations est attesté par l'observation d'un biais de type sémantique dans la reconnaissance visuelle de repères. Cependant, l'analyse des différences interindividuelles a mis en évidence le rôle de capacités visuo-spatiales telles que la perception des directions, mais pas d'influence des capacités langagières sur la capacité de représentation d'itinéraire. Une troisième étude explore le rôle des composantes verbales et visuo-spatiales de la mémoire de travail dans le développement des représentations spatiales au moyen d'un paradigme de double tâche lors de la mémorisation d'itinéraires. L'implication, notamment de la composante spatiale de la mémoire de travail au cours de la mémorisation d'itinéraire, est mise en évidence chez l'enfant. Ce résultat renforce l'idée de la dominance d'une forme de codage visuo-spatial dans le développement de la représentation qui évoluerait au profit de codages plus verbaux ou mixtes. En conclusion, cette thèse montre le développement de la capacité à se représenter un itinéraire au cours de l'enfance, attesté par des tâches de nature et de format variés. Si cette représentation semble impliquer à la fois des composantes verbales et non-verbales, ces dernières semblent être plus importantes chez l'enfant. La dernière partie de la thèse propose une discussion des implications de ces résultats pour le développement de la cognition spatiale chez l'enfant, ainsi que des perspectives pour les recherches futures. / Although many studies have investigated spatial representation in young adults, little is still known about the processes underlying how they construct spatial models, the nature of these models, and how they develop in children. The originality of this thesis is two-fold: it studies both cognitive and linguistic processes involved in how children (5 to 11 years) and adults construct representation of virtual routes; it also examines individual differences in these processes. The first part of this thesis begins with a chapter that presents the main concepts underlying spatial cognition, as well as some experimental evidence concerning adults' spatial knowledge and the development of this knowledge during childhood. A second chapter then focuses on the role of language and a third one on the role of working memory in the construction of spatial representations. In order to understand how children construct spatial representation during development, a second part of the thesis presents three experiments investigating the development of landmark and route knowledge. The first two studies show developments in the quality and quantity of knowledge concerning both landmarks (i.e. specific entities encountered along the route) and the route (i.e. the sequential order of actions and landmarks). They also provide evidence supporting the specific role of landmarks associated with changes of direction ("decisional" landmarks) in children and adults. Developmental changes in spatial knowledge were assessed by both verbal and non-verbal measures, suggesting the existence of a unique representation or of two representations that are strongly related. The relation between verbal and non-verbal information in participants' representations is evidenced by their bias toward choosing a related landmark of the same semantic category, regardless of its visual characteristics. Nevertheless, analyses show that visuo-spatial abilities such as the perception of directions, but not verbal abilities, play a main role in accounting for individual differences. The third study, investigates verbal and visuo-spatial components of working memory, using a dual task paradigm in which participants performed a verbal or spatial interference task while memorizing routes. The results support the idea that representing itineraries mostly involves a spatial mode of encoding in children and a more verbal or mixed encoding in adults. To conclude, this thesis shows a development in children's capacity to build spatial representations of virtual routes. Although their representation seems to integrate both verbal and non-verbal components, non-verbal abilities appear to be most essential for children. The last part of the thesis discusses the implications of our results for our understanding of the development of spatial cognition in children, as well as future perspectives and conclusions.

Le clivage est un mécanisme de défense dans lequel les représentations positives et négatives de soi-même et d’autrui sont séparées afin d’éviter de ressentir l’anxiété. Les stresseurs interpersonnels provoqueraient des comportements impulsifs chez les individus ayant une propension au clivage élevée. Ceci dit, les processus cognitifs associés à la propension au clivage sont inconnus. La capacité de résistance à l’interférence proactive est la capacité de résister à l’intrusion en mémoire de travail de pensées impertinentes pour la tâche en cours. Ainsi, cette capacité pourrait jouer un rôle important dans la gestion de représentations et être diminuée par les stresseurs de nature interpersonnelle. La présente étude avait pour but de vérifier l’hypothèse voulant que la résistance à l’interférence proactive diminue dans une condition d’exclusion sociale et que cet effet soit augmenté par la propension au clivage. L’échantillon comprenait 131 individus provenant d’une population non-clinique. D’abord, ils ont complété un questionnaire mesurant la propension au clivage. Ensuite, ils ont été assignés aléatoirement à une condition soit d’exclusion sociale, soit d’inclusion sociale. Finalement, ils ont effectué une tâche de résistance à l’interférence proactive. Dans la condition d’exclusion, les participants commettent davantage d’erreurs sur les cibles négatives non récentes que sur les cibles négatives récentes à la tâche de résistance à l’interférence proactive. Aucune interaction n’a été obtenue entre la propension au clivage et les conditions sociales. Conséquemment, les processus cognitifs associés à la propension au clivage demeurent inconnus, mais des pistes d’explication sont explorées du point de vue méthodologique pour les recherches futures. / Splitting refers to a defense mechanism by which the positively and negatively charged representations of self and others are separated in order to protect oneself from several anxiety. Interpersonal stresses play a major role in triggering impulsive behaviors among individuals with a high splitting usage. However, the cognitive processes associated with the usage of splitting are unknown. Resistance to proactive interference is the ability to resist memory intrusions from irrelevant previously learned information. This cognitive ability might, thus, play an important role in regulating representations and be decreased by interpersonal stress. It is hypothesized that the resistance to proactive interference would decrease during social exclusion and this effect would be function of splitting use frequency. The sample consisted of 131 nonclinical individuals from student and general population. They completed a self-report splitting questionnaire. Then, they were randomly assigned to rejection or inclusion conditions on an interpersonal task. Finally, they performed a resistance to proactive interference task. In the rejection condition, the error rate on negative probes trials was higher than recent negative probes trials. Splitting usage did not interact with social condition in predicting the error rate in the resistance to proactive interference task. Consequently, the cognitive processes associated to splitting usage remain unknown but explanations are explored in a methodological view for future researches.

Dans les systèmes cognitifs, le rôle de la mémoire de travail est crucial pour le raisonnement visuel et la prise de décision. D’énormes progrès ont été réalisés dans la compréhension des mécanismes de la mémoire de travail humain/animal, ainsi que dans la formulation de différents cadres de réseaux de neurones artificiels à mémoire augmentée. L’objectif global de notre projet est de former des modèles de réseaux de neurones artificiels capables de consolider la mémoire sur une courte période de temps pour résoudre une tâche de mémoire et les relier à l’activité cérébrale des humains qui ont résolu la même tâche. Le projet est de nature interdisciplinaire en essayant de relier les aspects de l’intelligence artificielle (apprentissage profond) et des neurosciences. La tâche cognitive utilisée est la tâche N-back, très populaire en neurosciences cognitives dans laquelle les sujets sont présentés avec une séquence d’images, dont chacune doit être identifiée pour savoir si elle a déjà été vue ou non. L’ensemble de données d’imagerie fonctionnelle (IRMf) utilisé a été collecté dans le cadre du projet Courtois Neurmod. Nous étudions plusieurs variantes de modèles de réseaux neuronaux récurrents qui apprennent à résoudre la tâche de mémoire de travail N-back en les entraînant avec des séquences d’images. Ces réseaux de neurones entraînés optimisés pour la tâche de mémoire sont finalement utilisés pour générer des représentations de caractéristiques pour les images de stimuli vues par les sujets humains pendant leurs enregistrements tout en résolvant la tâche. Les représentations dérivées de ces réseaux de neurones servent ensuite à créer un modèle de codage pour prédire l’activité IRMf BOLD des sujets. On comprend alors la relation entre le modèle de réseau neuronal et l’activité cérébrale en analysant cette capacité prédictive du modèle dans différentes zones du cerveau impliquées dans la mémoire de travail. Ce travail présente une manière d’utiliser des réseaux de neurones artificiels pour modéliser le comportement et le traitement de l’information de la mémoire de travail du cerveau et d’utiliser les données d’imagerie cérébrale capturées sur des sujets humains lors de la tâche N-back pour potentiellement comprendre certains mécanismes de mémoire du cerveau en relation avec ces modèles de réseaux de neurones artificiels. / In cognitive systems, the role of working memory is crucial for visual reasoning and decision making. Tremendous progress has been made in understanding the mechanisms of the human/animal working memory, as well as in formulating different frameworks of memory augmented artificial neural networks. The overall objective of our project is to train artificial neural network models that are capable of consolidating memory over a short period of time to solve a memory task and relate them to the brain activity of humans who solved the same task. The project is of interdisciplinary nature in trying to bridge aspects of Artificial Intelligence (deep learning) and Neuroscience. The cognitive task used is the N-back task, a very popular one in Cognitive Neuroscience in which the subjects are presented with a sequence of images, each of which needs to be identified as to whether it was already seen or not. The functional imaging (fMRI) dataset used has been collected as a part of the Courtois Neurmod Project. We study multiple variants of recurrent neural network models that learn to remember input images across timesteps. These trained neural networks optimized for the memory task are ultimately used to generate feature representations for the stimuli images seen by the human subjects during their recordings while solving the task. The representations derived from these neural networks are then to create an encoding model to predict the fMRI BOLD activity of the subjects. We then understand the relationship between the neural network model and brain activity by analyzing this predictive ability of the model in different areas of the brain that are involved in working memory. This work presents a way of using artificial neural networks to model the behavior and information processing of the working memory of the brain and to use brain imaging data captured from human subjects during the N-back task to potentially understand some memory mechanisms of the brain in relation to these artificial neural network models.

L’incertitude est un processus cognitif communément expérimenté lors d’une prise de décision. Dansle trouble obsessionnel-compulsif (TOC), il est excessif et compromet les capacités décisionnelles del'individu.Ce travail avait comme objectif une meilleure compréhension des aspects physiologiques etphysiopathologiques de l’incertitude, au travers d'une double approche, comportementale etélectrophysiologique. Dans un premier temps, nous avons construit une tâche originale qui permetd'exprimer son incertitude au cours d'une prise de décision. Avec cette "tâche d’incertitude", nousavons exploré les relations entre mémoire de travail et incertitude. Nous avons montré que lescapacités de mémoire de travail prédisaient la propension à l'incertitude chez les volontaires sains alorsque l'incertitude était suivie d'une dégradation des performances mnésiques chez les patients TOC.Puis, nous avons trouvé une relation entre capacités mnésiques et incertitude dans une population depatients épileptiques caractérisée par des déficits mnésiques, confirmant ainsi le rôle des capacitésmnésiques dans la survenue de l'incertitude physiologique.Pour l'étude des corrélats neuronaux, nous avons mesuré l'activité électrophysiologique intracérébraledes régions impliquées dans la prise de décision au cours de la tâche d'incertitude, chez des patientsépileptiques pour les structures corticales et chez des patients TOC pour les structures sous-corticales.Nous avons montré que l'incertitude était associée à : 1/ une diminution d’amplitude des potentielsévoqués des régions préfrontales et prémotrices ; 2/ une moindre synchronisation des bandes defréquence alpha et bêta en temps-fréquence ; 3/ une augmentation de l'amplitude des potentielsévoqués dans le noyau sous-thalamique. Nos résultats suggèrent un défaut d'engagement des structurescorticales impliquées dans la prise de décision au cours de l'incertitude. Enfin, notre travail tend àconfirmer le rôle du noyau sous-thalamique dans la physiopathologie du TOC et dans les mécanismessous-tendant l’incertitude pathologique. / Uncertainty is a cognitive process that frequently influences our decisions in everyday life. Inobsessive-compulsive disorder (OCD), the high level of uncertainty usually alters the decision-makingprocess.This work aimed to a better understanding of physiological and pathophysiological aspects ofuncertainty, by exploring its relationships with working memory abilities and its neural correlates. Anoriginal task derived from a delayed matching-to-sample task was created with the possibility toexpress felt uncertainty during decision-making. With this "uncertainty task", we demonstrated thatbaseline working memory abilities predicted the occurrence of uncertainty in healthy individualswhereas uncertainty was followed by a decrease in working memory abilities in OCD patients. Therole of working memory abilities in the occurrence of uncertainty was further confirmed in a clinicalpopulation of epileptic patients suffering from baseline working memory impairments.For the study of the neural correlates of uncertainty, we measured intracerebral local field potentials(LFPs) in regions involved in decision-making during the uncertainty task. Cortical and subcorticalLFPs were obtained in epileptic and OCD patients, respectively. We showed that uncertainty wasassociated with: 1/ a decreased amplitude of evoked responses in cortical prefrontal and premotorregions, 2/ a reduced synchronization of alpha-beta frequency bands in time-frequency analyses, 3/ anincreased amplitude of evoked responses in the subthalamic nucleus. Our findings suggested adiminished cortical activation in uncertain decision-making and confirmed the role of the subthalamicnucleus in OCD pathophysiology and in the mechanisms underlying the occurrence of pathologicaluncertainty.

Si de nombreux travaux ont été consacrés aux représentations spatiales chez le jeune adulte, la nature des modèles spatiaux, les processus qui président à leur construction et la façon dont ils se développent sont encore loin d'être compris. L'originalité de cette thèse tient au fait d'étudier conjointement les composantes cognitives et langagières dans l'acquisition des représentations d'itinéraires virtuels par des enfants (de 5 à 11 ans) et des adultes, ainsi que les différences individuelles liées à des capacités générales variées. Dans une première partie, la thèse présente les principaux concepts de la cognition spatiale issus des travaux menés chez l'adulte ainsi que l'état des connaissances théoriques et empiriques actuelles sur le développement des représentations spatiales chez l'enfant. Un chapitre s'intéresse ensuite au rôle du langage dans la construction des représentations spatiales et un autre à celui de la mémoire de travail. Afin de mieux comprendre le type de représentation qu'un enfant élabore au cours de son développement, une deuxième partie de la thèse présente trois expériences étudiant le développement des connaissances sur les repères et la route. Les deux premières études ont permis d'observer une augmentation qualitative et quantitative de la connaissance des repères, c'est-à-dire des entités spécifiques qui jalonnent un itinéraire, mais également de la connaissance de la succession de ces repères et des directions empruntées. Le rôle particulier des repères situés à un changement de direction est attesté chez l'adulte comme chez l'enfant. L'augmentation de ces connaissances avec l'âge est observée avec des tâches de production et de reconnaissance, aussi bien verbales que non-verbales. Ces résultats suggèrent l'existence d'une seule représentation commune ou de deux formats de représentations fortement reliés. Le lien important entre les informations verbales et non-verbales dans les représentations est attesté par l'observation d'un biais de type sémantique dans la reconnaissance visuelle de repères. Cependant, l'analyse des différences interindividuelles a mis en évidence le rôle de capacités visuo-spatiales telles que la perception des directions, mais pas d'influence des capacités langagières sur la capacité de représentation d'itinéraire. Une troisième étude explore le rôle des composantes verbales et visuo-spatiales de la mémoire de travail dans le développement des représentations spatiales au moyen d'un paradigme de double tâche lors de la mémorisation d'itinéraires. L'implication, notamment de la composante spatiale de la mémoire de travail au cours de la mémorisation d'itinéraire, est mise en évidence chez l'enfant. Ce résultat renforce l'idée de la dominance d'une forme de codage visuo-spatial dans le développement de la représentation qui évoluerait au profit de codages plus verbaux ou mixtes. En conclusion, cette thèse montre le développement de la capacité à se représenter un itinéraire au cours de l'enfance, attesté par des tâches de nature et de format variés. Si cette représentation semble impliquer à la fois des composantes verbales et non-verbales, ces dernières semblent être plus importantes chez l'enfant. La dernière partie de la thèse propose une discussion des implications de ces résultats pour le développement de la cognition spatiale chez l'enfant, ainsi que des perspectives pour les recherches futures. / Although many studies have investigated spatial representation in young adults, little is still known about the processes underlying how they construct spatial models, the nature of these models, and how they develop in children. The originality of this thesis is two-fold: it studies both cognitive and linguistic processes involved in how children (5 to 11 years) and adults construct representation of virtual routes; it also examines individual differences in these processes. The first part of this thesis begins with a chapter that presents the main concepts underlying spatial cognition, as well as some experimental evidence concerning adults' spatial knowledge and the development of this knowledge during childhood. A second chapter then focuses on the role of language and a third one on the role of working memory in the construction of spatial representations. In order to understand how children construct spatial representation during development, a second part of the thesis presents three experiments investigating the development of landmark and route knowledge. The first two studies show developments in the quality and quantity of knowledge concerning both landmarks (i.e. specific entities encountered along the route) and the route (i.e. the sequential order of actions and landmarks). They also provide evidence supporting the specific role of landmarks associated with changes of direction ("decisional" landmarks) in children and adults. Developmental changes in spatial knowledge were assessed by both verbal and non-verbal measures, suggesting the existence of a unique representation or of two representations that are strongly related. The relation between verbal and non-verbal information in participants' representations is evidenced by their bias toward choosing a related landmark of the same semantic category, regardless of its visual characteristics. Nevertheless, analyses show that visuo-spatial abilities such as the perception of directions, but not verbal abilities, play a main role in accounting for individual differences. The third study, investigates verbal and visuo-spatial components of working memory, using a dual task paradigm in which participants performed a verbal or spatial interference task while memorizing routes. The results support the idea that representing itineraries mostly involves a spatial mode of encoding in children and a more verbal or mixed encoding in adults. To conclude, this thesis shows a development in children's capacity to build spatial representations of virtual routes. Although their representation seems to integrate both verbal and non-verbal components, non-verbal abilities appear to be most essential for children. The last part of the thesis discusses the implications of our results for our understanding of the development of spatial cognition in children, as well as future perspectives and conclusions.

De nombreuses études se sont intéressées aux effets délétères de la ménopause dans l’augmentation du risque de maladies cardiovasculaires et de troubles cognitifs. La chute des concentrations en hormones sexuelles liée à la ménopause impacte la pression artérielle, premier acteur responsable dans l’augmentation de la prévalence des maladies cardiovasculaires et des troubles cognitifs. Dans la population masculine, l’activité physique et ses effets notamment hypotenseurs apparaissent comme une stratégie non pharmacologique hautement efficace dans le maintien de la santé cardiovasculaire et cognitive. En revanche, les effets bénéfiques d’un mode de vie physiquement actif sur la pression artérielle, la santé vasculaire et la santé cognitive ne sont pas encore globalement admis chez les femmes post-ménopausées. Par conséquent, l'objectif de cette thèse était d'étudier l'impact de la ménopause sur la pression artérielle, les facteurs qui la régulent et les fonctions cognitives chez des femmes physiquement actives. A partir de la littérature existante, nous avons formulé l’hypothèse générale que la pression artérielle et les fonctions cognitives seraient préservées chez femmes post-ménopausées (stade + 1 de la classification STRAW+10) physiquement actives (≥150 min/sem d’activité physique à intensité modérée ou ≥ 75 min/sem d’activité physique à intensité vigoureuse) par rapport à des femmes pré-ménopausées (stade -3 de la classification STRAW+10) physiquement actives. Nous avons également formulé l’hypothèse que les marqueurs de santé vasculaires seraient préservés chez ces femmes post-ménopausées physiquement actives par rapport au groupe de femmes pré-ménopausées physiquement actives. Une revue de littérature et deux études transversales ont été réalisées pour vérifier ces hypothèses. Notre revue de littérature a mis en évidence : L’effet de la privation d'hormones sexuelles sur les mécanismes physiologiques impliqués dans l'augmentation de la pression artérielle à la ménopause. L'effet bénéfique de l’activité physique dans la prévention et le traitement de l'hypertension chez les femmes ménopausées. Les limites actuelles de la littérature scientifique quant aux effets bénéfiques de l’activité physique sur les mécanismes physiologiques régulant la pression artérielle. Nos études expérimentales ont permis de conclure que : Les femmes post-ménopausées physiquement actives ont des valeurs moyennes de pressions artérielles (systolique et diastolique) et des marqueurs vasculaires (rigidité artérielle, fonction endothéliale, sensibilité du baroréflexe) préservés par rapport aux femmes pré-ménopausées physiquement actives. Ces mêmes femmes post-ménopausées physiquement actives performent aussi bien que leurs homologues pré-ménopausées aux tests cognitifs évaluant la vitesse de traitement et les fonctions exécutives notamment pour les composantes inhibition et alternance. En revanche, elles performent moins bien que le groupe pré-ménopausées pour les tests évaluant la mémoire de travail. Cette thèse montre donc que d’être physiquement actif a des effets positifs sur la pression artérielle et les fonctions vasculaires des femmes en début de ménopause. Cependant cela ne permet pas de limiter totalement la baisse de la performance cognitive, notamment dans les domaines cognitifs évaluant les fonctions exécutives (mémoire de travail). Nous concluons que d’être physiquement actif permet de compenser certaines conséquences vasculaires, mais pas certaines conséquences cognitives associées à la transition ménopausique. / Numerous studies have focused on the deleterious effects of menopause that result in a greater risk of cardiovascular diseases and cognitive disorders. The fall in sex hormone concentrations associated with menopause increases blood pressure, which is the main factor involved in the increased prevalence of cardiovascular diseases and cognitive disorders. In males, the hypotensive effects of physical activity are a highly effective non-pharmacological strategy for maintaining cardiovascular and cognitive health. In contrast, the beneficial effects of a physically active lifestyle on blood pressure, vascular health, and cognitive health are not yet generally accepted in post-menopausal females. Therefore, the aim of this thesis was to study the effect of menopause on blood pressure, its regulating factors and cognitive function in physically active females. Based on the existing literature, we formulated the general hypothesis that blood pressure and cognitive functions would be preserved in physically active (≥150 min/week of moderate intensity physical activity or ≥75 min/week of vigorous intensity physical activity) post-menopausal females (stage +1 of the STRAW+10 classification) compared with physically active pre-menopausal females (stage -3 of the STRAW+10 classification). We also hypothesized that markers of vascular health would be preserved in the physically active post-menopausal group compared with the physically active pre-menopausal group. A literature review and 2 cross-sectional studies were performed to test these hypotheses. Our literature review highlighted: o The effect of sex hormone deprivation on the physiological mechanisms involved in increased blood pressure during menopause. The beneficial effect of physical activity in the prevention and treatment of hypertension in post-menopausal females. o The current knowledge gaps of the scientific literature regarding the beneficial effects of physical activity on the physiological mechanisms regulating blood pressure. Our experimental studies concluded that: o Physically active post-menopausal females have preserved mean values of systolic and diastolic blood pressures and physiological mechanisms involved in blood pressure regulation (arterial stiffness, endothelial function, baroreflex sensitivity) compared with physically active pre-menopausal females. o Physically active post-menopausal females perform as well as their pre- menopausal counterparts in cognitive tests evaluating processing speed and executive functions, particularly for the inhibition and alternation components. However, they performed worse than the pre-menopausal group on tests assessing working memory. Taken together this thesis shows that being physically active has positive effects on blood pressure and vascular function in early post-menopausal females. However, a physically active lifestyle does not completely limit the decline in cognitive performance, especially in cognitive domain assessing executive functions (working memory). We conclude that being physically active compensates for some vascular consequences, but not all cognitive consequences associated with the menopausal transition.

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.

Une variété d’opérations cognitives dépend de la capacité de retenir de l’information auditive pour une courte période de temps. Notamment l’information auditive prend son sens avec le temps; la rétention d’un son disparu permet donc de mieux comprendre sa signification dans le contexte auditif et mène ultimement à une interaction réussite avec l’environnement. L’objectif de cette thèse était d’étudier l’activité cérébrale reliée à la rétention des sons et, ce faisant, parvenir à une meilleure compréhension des mécanismes de bas niveau de la mémoire à court-terme auditive. Trois études empiriques se sont penchées sur différents aspects de la rétention des sons. Le premier article avait pour but d’étudier les corrélats électrophysiologiques de la rétention des sons variant en timbre en utilisant la technique des potentiels reliés aux événements. Une composante fronto-centrale variant avec la charge mnésique a été ainsi révélée. Dans le deuxième article, le patron électro-oscillatoire de la rétention a été exploré. Cette étude a dévoilé une augmentation de l’amplitude variant avec la charge mnésique dans la bande alpha pendant la rétention des sons ainsi qu’une dissociation entre l’activité oscillatoire observée pendant la rétention et celle observée pendant la présentation des sons test. En démontrant des différentes modulations des amplitudes dans la bande alpha et la bande beta, cette étude a pu révéler des processus distincts mais interdépendants de la mémoire à court-terme auditive. Le troisième article a davantage visé à mieux connaître les structures cérébrales soutenant la rétention de sons. L’activité cérébrale a été mesurée avec la magnétoencéphalographie, et des localisations des sources ont été effectuées à partir de ces données. Les résultats ont dévoilé l’implication d’un réseau cérébral contenant des structures temporales, frontales, et pariétales qui était plus important dans l’hémisphère droit que dans l’hémisphère gauche. Les résultats des études empiriques ont permis de souligner l’aspect sensoriel de la mémoire à court-terme auditive et de montrer des similarités dans la rétention de différentes caractéristiques tonales. Dans leur ensemble, les études ont contribué à l’identification des processus neuronaux reliés à la rétention des sons en étudiant l’activité électromagnétique et l’implication des structures cérébrales correspondantes sur une échelle temporelle fine. / The capacity to retain auditory information for a short period of time is fundamental for a variety of cognitive operations. Sounds, in particular, often do not reveal their meaning before being integrated in their temporal context; the retention of tones that are no longer present in the environment is thus necessary for understanding the significance of auditory information. Retaining tones ultimately leads to a successful interaction with the environment. The goal of this thesis was to study brain activity related to the retention of tones, thereby providing a better understanding of low-level mechanisms related to auditory short-term memory. Three empirical studies have been conducted, each of them focusing on a different aspect of the retention of tones. The first article investigated electrophysiological correlates of the retention of tones differing in timbre using the event-related potential technique. The electrophysiological results revealed a fronto-central component that varied with memory load. In the second article, the oscillatory pattern of electric brain activity was explored using electroencephalography. The results revealed that alpha band amplitudes were modulated by memory load during retention. Furthermore, a dissociation of oscillatory activity between the retention of tones and the comparison of test tones against retained tone representations was observed. This study also revealed distinct but interrelated processes taking place at the same time by showing specific amplitude modulations in the alpha and beta bands. The third article focused more on brain areas underpinning the retention of tones. Brain activity was measured with magnetoencephalography and subsequent source localisations were performed. The results suggested the implication of a network of temporal, frontal, and parietal brain areas which was more pronounced in the right hemisphere than in the left hemisphere. The results of the empirical studies emphasized the sensory aspect of auditory short-term memory. In addition, they revealed similarities between the retention of tones differing in fundamental sound characteristics such as timbre and pitch. Considered as a whole, the studies of this thesis contributed to the identification of neural processing underlying the retention of tones by studying electromagnetic brain activity and the implication of corresponding brain areas on a fine temporal scale.