Titre de l'écran-titre (visionné le 28 septembre 2023) / La capacité du cerveau humain à stocker temporairement et manipuler des informations, connue sous le nom de mémoire de travail, est cruciale pour de nombreux processus cognitifs tels que la prise de décision, la planification et la mémoire épisodique. Elle constitue un moment critique entre la mémoire, l'attention et la perception et est centrale pour une large gamme de fonctions cognitives et de comportements orientés vers un objectif. Les études récentes montrent que des séquences de profils d'activité cérébrale spécifiques aux éléments encodés en mémoire peuvent être "rejouées" (réactivé- « replay ») après un apprentissage (épisodique, moteur, etc.) ou pendant la prise de décision. Cependant le rôle fonctionnel de ces replays dans la mémoire de travail est à ce jour peu défini. La présente étude vise à identifier les marqueurs neuronaux associés à l'apprentissage associatif et à étudier la réactivation de ces associations audio-visuelles apprises pendant les périodes de rétention et de manipulation en mémoire de travail. Cette étude utilise la Magnétoencéphalographie (MEG) pour mesurer l'activité cérébrale pendant l'apprentissage et lors d'une tâche de mémoire de travail, ainsi que des techniques de classification multivariée. Cette approche est utilisée dans le but d'identifier les motifs neuronaux associés aux éléments mémorisés et pour investiguer la dynamique de ces motifs pendant la rétention et la manipulation de l'information en mémoire. Plus précisément, dans cette étude, nous avons tout d'abord cherché à investiguer les mécanismes neuraux associés à l'apprentissage associatif audio-visuel chez l'homme en utilisant une des approches comportementales, de MEG et d'apprentissage machine. Les analyses ont révélé une activité thêta soutenue au sein d'un réseau distribué, indiquant la coopération temporelle des régions cérébrales pendant et après l'apprentissage. L'étude a également révélé une désynchronisation bêta associée à l'apprentissage dans les régions fronto-temporales et pariétales, des régions connues pour être impliquées dans les fonctions de la mémoire de travail. De plus, nous avons identifié des périodes de réactivation des profils cérébraux associés à l'apprentissage pendant les périodes de rétention et de manipulation de la tâche de mémoire de travail. Nous proposons que ces réactivations, inversées (« backward ») et rapides (20 ms), jouent un rôle crucial dans le maintien et la manipulation à court terme des informations en mémoire. Notre étude apporte des preuves de replay rapide « backward » pendant la mémoire de travail, et nos recherches en cours visent à élucider leur rôle en lien avec le comportement. Dans l'ensemble, nos résultats améliorent notre compréhension des mécanismes neuronaux complexes supportant la mémoire de travail, De plus, ils appuient l'idée selon laquelle la réactivation rapide de l'activité neuronale des items préalablement appris pourrait jouer un rôle crucial dans les processus de mémoire de travail et de mémoire séquentielle chez les humains. / Working memory, known as the ability of the human brain to temporarily store and manipulate information, is crucial for many cognitive processes such as decision-making, planning, and episodic memory. It is at the critical juncture between memory, attention, and perception, and is central to a range of cognitive functions and goal-directed behaviors. Studies show that item-specific sequences of neural patterns, that were active during the task, are reactivated ('replayed') afterwards in a temporally compressed manner. Replay is a process in the brain that occurs during both wakeful and sleep states, in which information from memory is reactivated. Recent studies have demonstrated neural replay mechanisms during decision-making and after learning (motor, episodic etc.), however, the interplay between working memory and replay remains to be studied. This study aimed to identify the neural markers associated with associative learning and to investigate the replay of learned associations during working memory. In this study, we utilized magnetoencephalography (MEG) to measure neural activity before, during after associative learning and during a working memory task. We used multivariate classification techniques to identify neural patterns associated with memorized items and investigate the dynamics of these patterns during working memory retention and manipulation. In addition, we aimed to investigate the neural mechanisms associated with associative learning in humans by using a combination of behavioral, MEG, and machine learning approaches. Our analysis demonstrated sustained theta activity within a distributed network, indicating the temporal cooperation of brain regions during and after learning. The study also revealed a learning-associated beta desynchronization over fronto-temporal and parietal regions, regions known to be involved in working memory functions. Moreover, fast-backward replay was detected during working memory retention and manipulation periods. We propose that these fast-backward replay may play a crucial role in strengthening memory traces. Our ongoing research aims to elucidate the relationship between backward replay in working memory retention and manipulation periods and behavioral performance. Overall, our findings improve our understanding of the complex neural mechanisms underlying working memory and learning and support the idea that fast neural replay of previously leaned items may play a crucial role in working memory and sequential memory processes in humans.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Dans le but d'étendre la portée du concept de boucle phonologique (Baddeley, 1986), une tâche de rappel sériel différé est employée pour étudier l'interférence pendant un intervalle de rétention. Dans l'expérience 1, la durée de l'intervalle de rétention (0, 5,15 et 30 sec.) et la nature de la tâche intercalée (aucune activité, suppression articulatoire et poursuite visuomotrice) sont manipulées. Seule la suppression détériore la performance et l'allongement de l'intervalle n'exacerbe pas la détérioration en suppression articulatoire. Dans l'expérience 2 où la position de la suppression articulatoire dans l'intervalle est manipulée, une suppression située dans la deuxième moitié de l'intervalle produit un effet moins prononcé que celle située dans la première moitié. Les résultats obtenus sont comparables à ceux qu'on observe habituellement en utilisant le rappel sériel immédiat et, ils supportent le modèle de mémoire de travail en montrant que ses prédictions ne sont pas spécifiques à une procédure méthodologique particulière. Par ailleurs, les résultats de l'expérience 2 suggèrent que l'activité d'autorépétition de la boucle phonologique est un processus hétérogène.

La présente recherche porte sur le rôle de la mémoire de travail dans l'activité d'estimation temporelle prospective. La méthodologie adoptée est l'analyse d'interférence en situation de double tâche, alors qu'une tâche de production d'intervalles temporels mesure la variation de la durée subjective pendant qu'une autre tâche complexe et dynamique, soit un jeu vidéo informatisé, fait fluctuer les ressources cognitives disponibles au passage du temps. Les résultats obtenus ne permettent pas de démontrer une interférence spécifique de l'estimation subjective du temps en présence d'un traitement plus important en mémoire de travail. Les résultats sont discutés en relation avec l'influence de différentes variables exogènes apportées par le jeu vidéo. Finalement une meilleure connaissance du jeu Save the Whale incite à poursuivre l'étude des processus cognitifs supérieurs impliqués dans la perception temporelle par l'utilisation de ce jeu informatisé.

L’entrainement cognitif représente une avenue intéressante pour améliorer les habiletés cognitives chez des personnes de différents âges. Alors que le but ultime de l’entrainement cognitif est de transférer les acquis à des processus cognitifs différents de ceux entrainés, un tel transfert est rarement rapporté dans les écrits scientifiques. En fait, les recensions des écrits indiquent que l’efficacité de l’entrainement cognitif semble spécifique à la tâche entrainée et que des recherches supplémentaires s’avèrent nécessaires pour mieux comprendre ce qui pourrait contribuer à produire un transfert distal. La présente thèse cherche à mieux comprendre les facteurs qui contribuent à l’efficacité de l’entrainement cognitif en s’intéressant à la fois au contenu du programme d’entrainement qu’à la forme que prend cet entrainement. Ainsi, la thèse s’intéresse, dans un premier temps, à la nature du processus cognitif entrainé et, dans un deuxième temps, à la ludification de l’entrainement. Une première étude s’intéresse au processus de suppression de distracteurs et vise à déterminer si un transfert distal peut résulter d’un entrainement de deux mécanismes de suppression des distracteurs, la sélection perceptive et le contrôle de l’attention. Les résultats montrent que seul un entrainement adaptatif sollicitant ces deux mécanismes favorise un transfert sur des tâches de mémoire de travail. Le but de la deuxième étude est d’isoler le rôle des éléments de jeu afin de cibler leur apport dans l’entrainement cognitif. Cette deuxième expérience teste l’hypothèse selon laquelle l’utilisation d’un système de pointage et/ou d’un tableau de compétition permettrait d’augmenter le niveau d’engagement dans le programme d’entrainement ainsi que de favoriser le transfert distal. Bien que les résultats infirment cette hypothèse, la présence de ces éléments de jeu semble néanmoins être associée à un taux d’attrition plus faible. Ces expériences appuient l’idée selon laquelle le processus cognitif entrainé et le contexte dans lequel l’entrainement est présenté ont chacun un rôle important dans l’effet de transfert distal. La thèse offre un nouveau paradigme d’entrainement qui semble efficace pour produire un transfert distal à la communauté scientifique et met en lumière l’intérêt d’exploiter les éléments de jeu comme facteur de maintien dans la répétition d’une tâche monotone. Les résultats de la thèse portent à croire que l’entrainement peut être utilisé afin de pallier des déficits cognitifs présents chez certaines populations vulnérables. / Cognitive training represents an interesting avenue to improve cognitive skills in people of different ages. While the ultimate goal of cognitive training is to transfer knowledge to cognitive processes different from those being trained, such transfer is rarely reported in the scientific literature. In fact, literature reviews indicate that the effectiveness of cognitive training appears to be specific to the training task and that further research is needed to better understand what might contribute to producing far transfer. The present thesis seeks to better understand the factors that contribute to the effectiveness of cognitive training by looking at both the content of the training program and the form that training takes. The thesis focuses firstly on the nature of the cognitive process solicited in the training program and, secondly, on training gamification. A first study concentrates on the process of distractor suppression and examines the impact of training perceptual selection and cognitive control—two distractor suppression mechanisms—on far transfer. The results show that only adaptive training based on these two mechanisms promotes transfer to working memory tasks. The aim of the second study is to isolate the role of game elements in order to target their contribution to cognitive training. This second experiment tests the hypothesis that the use of a scoring system and/or a leaderboard would increase the level of engagement in the training program and promote far transfer. Although the results refute this hypothesis, the presence of these game elements seems nonetheless to be associated with lower attrition rates. These experiments support the idea that the cognitive process being trained and the context in which training is presented each play an important role in the far transfer effect. The thesis offers a new training paradigm that appears to be effective in producing far transfer to the scientific community and highlights the value of exploiting the game elements as a maintenance factor in the repetition of a monotonous task. The thesis envisions an encouraging future where cognitive training could be used to compensate for cognitive deficits present in certain vulnerable populations.

La vigilance est définie comme la capacité à détecter, pendant une longue période de temps, des signaux rares et irréguliers. On appelle effet de vigilance la détérioration de la performance en fonction de la durée de vigilance. L'interprétation cognitive considère la performance comme dépendante de la détérioration de l'efficacité du processus cognitifs. La présente étude tente d'identifier le rôle de la mémoire à court terme dans l'effet de vigilance. Trente et un sujets ont eu à discriminer la durée court/longue des stimuli visuels durant une heure. La détérioration de la mémoire à court terme a été mesurée en comparant le rendement avant et après la période de vigilance à deux tâches: la tâche de Bakan et la tâche de fréquence critique de fusion. Les résultats n'ont pas permis d'appuyer les interprétations cognitives de la vigilance. L'effet de vigilance serait spécifique à une tâche donnée.

Certaines études ont expliqué le phénomène d’interférence entre une tâche d’estimation temporelle et une tâche non temporelle comme étant dû au fait que lorsque ces deux tâches sont exécutées en même temps, celles-ci sollicitent simultanément la mémoire à court terme. Dans la présente étude, nous voulons vérifier s’il est possible de généraliser les résultats de ces recherches à d’autres durées que celles avec lesquelles l’interférence a été observée. Le sujet exécute une tâche de prospection mnémonique demandant un traitement en mémoire à court terme durant une tâche de reproduction temporelle. Les trois durées centrales utilisées dans la tâche de reproduction temporelle sont: 2s, 4s et 6s. Dans la première expérience, neuf durées autour de ces valeurs centrales sont utilisées, la durée à reproduire étant variée de façon aléatoire d’un essai à l’autre. L’effet observé n’est pas significatif. Dans la deuxième expérience, les mêmes durées centrales sont utilisées, mais avec une variation inter-blocs de ces valeurs. Un effet significatif du nombre d'items à traiter en mémoire à court terme pour toutes les durées utilisées est alors observé. Ces résultats suggèrent que le traitement en mémoire à court terme interfère avec la reproduction de durées allant jusqu’à 7 secondes.

Fortin, Rousseau, Bourque, et Kirouac (1993) ont démontré que des sujets entraînés à produire des intervalles temporels de deux secondes allongent l'intervalle produit lorsqu'ils doivent effectuer en même temps une tâche de prospection mnémonique. Cet allongement les a amené à proposer que la production d'intervalles temporels était sous le contrôle de la mémoire à court terme (MCT). Par ailleurs, Rammsayer & Lima, (1992) suggèrent que les mécanismes supportant la discrimination de la durée diffèrent selon la durée des intervalles à discriminer. Des mécanismes cognitifs, comme la MCT, opéreraient pour des durées longues (1,000ms), alors que des mécanismes sensoriels opéreraient pour des durées courtes (100ms). La présente étude veut vérifier le rôle de la MCT dans la production d'intervalles de 1,000ms et moins. Douze sujets ont produit des séries de happes cadencées du doigt à des intervalles de 1,000, 500, et 250ms. Avant chaque série, ils mémorisaient un ensemble de 2 ou 5 lettres. Ils débutaient la série et des lettre-sondes apparaissaient à un rythme d'environ 1 à la seconde. Ils devaient compter le nombre de sondes faisant partie de l'ensemble mémorisé. Les résultats montrent que la durée produite augmente de façon significative en fonction de la taille de l'ensemble mémorisé pour les intervalles de500ms et 1,000ms et non pour l'intervalle de 250ms. Il semble que la production de frappes rapides ne soit pas sous le contrôle de la MCT.

Les dysfonctions mnémoniques constituent un aspect important de la symptomatologie de la schizophrénie (SZ). Le but de la présente étude consiste à caractériser les déficits en mémoire à court terme (MCT), plus précisément de déterminer la contribution relative de la capacité limitée du traitement de l’information en MCT par opposition à un affaissement de l’attention sélective chez les personnes qui souffrent de SZ. Cette étude comparative comprend 18 patients qui souffrent de SZ et 19 participants témoins. La magnitude de la diminution de la performance par l’interpolation de stimuli non pertinents à l’intérieur d’une séquence à mémoriser- l’effet sandwich (Hitch, 1975; Tremblay, Nicholls, Parmentier & Jones, sous presse) - sera examinée en M C T spatiale. Cette nouvelle procédure est très semblable au Digit Span Distractibility Test utilisé en MCT verbale (Oltmanns & Neale, 1975). Les résultats suggèrent que les performances déficitaires en MCT spatiale chez les patients qui souffrent de SZ s ’expliquent davantage par une capacité limitée du traitement de l’information en MCT. Par conséquent, les patients atteints de SZ ne semblent pas plus sensibles à la distraction que les participants témoins. Ces résultats divergent de ceux obtenus en MCT verbale, démontrant une sensibilité accrue à la distraction.

Des recherches antérieures montrent que l’exécution d’un traitement d’ordre temporel en MCT interfère avec l’estimation du temps (Fortin & Champagne, 1998; Fortin & Massé, 1999). La présente expérience compare l’effet d’un traitement d’information d’ordre spatial en MCT sur la production d’un intervalle temporel, à celui d’un traitement d’ordre temporel. Les résultats montrent que les intervalles produits s’allongent significativement en fonction du nombre d’items dans la condition de jugement d’ordre temporel, alors que cet effet n’est pas observé dans la condition de jugement d’ordre spatial. La nature du traitement d’ordre semble déterminer la quantité d’interférence sur la tâche de production. Plus précisément, la composante temporelle, dans le traitement d’ordre, interférerait spécifiquement avec l’estimation du temps. L’examen des données individuelles suggère que l’élément critique dans l’effet d’interférence serait la nature séquentielle du traitement d’ordre.