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.

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.

Certaines études ont démontré que le fait d'augmenter le degré de segmentation d'un intervalle temporel améliore la représentation subjective de ce dernier et facilite la tâche temporelle. Dans la présente étude, l'effet de la séquence des événements non temporels sera évalué de deux façons (haute-segmentation et faible-segmentation) dans une situation où les sujets effectuent une tâche de prospection mnémonique pendant l'encodage de l'intervalle-cible à reproduire. Dans l'expérience 1, les sujets répondent le plus rapidement possible à la tâche de prospection mnémonique. les résultats observés n'appuient pas la théorie de segmentation possiblement en raison de la réponse motrice qui agit comme marqueur temporel et élève ainsi le degré de segmentation de l'intervalle-cible dans les deux conditions expérimentales. Dans l'expérience 2, la réponse à la tâche de prospection mnémonique est alors intégrée à la tâche de reproduction temporelle. les résultats confirment l'hypothèse de segmentation puisqu'il n'y a que dans la condition faible-segmentation que les reproductions temporelles diminuent en fonction du nombre d'items dans l'ensemble-mémoire. la représentation subjective de l'intervalle-cible s'avérant plus difficile, la charge cognitive en mémoire de travail affecte davantage la tâche temporelle.

L'un des défis des modèles animaux de la schizophrénie réside dans la reproduction du syndrome « d'hypofrontalité ». Chez l'animal, l'administration répétée de phencyclidine (PCP) est jugée efficace pour modéliser la symptomatologie positive et négative de la schizophrénie, incluant les dysfonctions du cortex préfrontal (cPF). Toutefois, la capacité de ce modèle à altérer la cognition associée au cPF repose sur seulement deux preuves empiriques, non reproduites, chez le rat. L ‘article intégré dans ce mémoire présente deux expériences où la performance de rats traités au PCP est évaluée dans une tâche de mémoire de l'ordre temporel dépendante de l'intégrité du cPF. Les résultats démontrent que l'injection répétée de PCP n ‘altère pas la discrimination de récence. Cette incapacité à induire une dysfonction du cPF chez le rat est compatible avec d ‘autres résultats négatifs obtenus dans notre laboratoire. La supériorité du modèle PCP dans la reproduction de l'hypofrontalité est remise en cause.

Des études antérieures en double tâche ont démontré que la production temporelle augmente en fonction de la complexité de la tâche principale. Le but de la présente étude est de permettre l'identification des activités cognitives qui interfèrent avec l'estimation temporelle. L'expérience se compose d'une situation contrôle de prospection visuelle et d'une situation expérimentale de double tâche où le sujet doit, à la fois, faire une prospection visuelle et produire un intervalle temporel de 3 secondes. Les résultats en double tâche ne présentent pas de variations significatives de la production, en fonction de la difficulté de la tâche non temporelle. De tels résultats permettent de conclure au partage d'un réservoir spécifique de ressources attentionnelles, la mémoire de travail, plutôt qu'à celui d'un bassin de ressources à capacité générale et limitée.

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.