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L’intégration de stimulations provenant de modalités sensorielles différentes nous offre des avantages perceptifs tels qu’une meilleure discrimination et une accélération des temps de réponse (TR) face aux évènements environnementaux. Cette thèse a investigué les effets de la position spatiale de stimulations visuelles et tactiles sur le gain de redondance (GR), qui correspond à une réduction du temps de réaction lorsque deux stimulations sont présentées simultanément plutôt qu’isolément. La première étude a comparé le GR lorsque les mêmes stimulations visuotactiles sont présentées dans une tâche de détection et une tâche de discrimination spatiale. Les stimulations étaient présentées unilatéralement dans le même hémichamp ou bilatéralement dans les hémichamps opposés. Dans la tâche de détection, les participants devaient répondre à toutes les stimulations, peu importe leur localisation. Les résultats de cette tâche démontrent que les stimulations unilatérales et bilatérales produisent un GR et une violation du modèle de course indissociables. Dans la tâche de discrimination spatiale où les participants devaient répondre seulement aux stimulations présentées dans l’hémichamp droit, les TR aux stimulations bilatérales étaient moins rapides. Nous n’avons pas observé de différence entre le GR maximal obtenu dans l’une ou l’autre des tâches de cette étude. Nous concluons que lorsque l’information spatiale n’est pas pertinente pour accomplir la tâche, les stimulations unilatérales et bilatérales sont équivalentes. La manipulation de la pertinence de l’information spatiale permet donc d’induire une altération du GR en fonction de la localisation des stimulations. Lors d’une seconde étude, nous avons investigué si la différence entre les gains comportementaux résultants de l’intégration multimodale et intramodale dépend de la configuration spatiale des stimulations. Les résultats montrent que le GR obtenu pour les conditions multimodales surpasse celui obtenu pour les stimulations intramodales. De plus, le GR des conditions multimodales n’est pas influencé par la configuration spatiale des stimulations. À l’opposé, les stimulations intramodales produisent un GR plus important iii lorsque les stimulations sont présentées bilatéralement. Nos résultats suggèrent que l’intégration multimodale et intramodale se distinguent quant au GR qu’ils produisent et quant aux conditions nécessaires à cette amélioration. La troisième étude examine le rôle du corps calleux (CC) dans l’observation du GR obtenu pour les stimulations multimodales et intramodales lorsque celles-ci sont présentées unilatéralement et bilatéralement. Quatre patients ayant une agénésie congénitale du corps calleux (AgCC) et un patient callosotomisé ont été comparés à des individus normaux dans une tâche de détection. Dans l’ensemble, les résultats suggèrent que le CC n’est pas nécessaire pour l’intégration interhémisphérique de stimulations multimodales. Sur la base d’études précédentes démontrant le rôle des collicules supérieurs (CS) dans l’intégration multimodale, nous concluons qu’en l’absence du CC, les bénéfices comportementaux résultants d’un traitement sous-cortical par les CS ne reflètent pas les règles d’intégration observées dans les études neurophysiologiques chez l’animal. / The integration of stimuli from the same or different modalities offers many benefits such as enhanced discrimination and accelerated reaction to objects. This thesis investigates the effects of stimuli’s spatial location on the redundancy gain (RG) obtained with cross-modal and within-modal stimulations. The RG is a decrease in reaction times (RT) when two or more stimuli are presented simultaneously rather than a single stimulation. The first study investigated cross-modal visuo-tactile integration in a single reaction time task and a choice reaction time task. Each unisensory stimulus was presented to either the left or right hemispace, and multisensory stimuli were presented in a unilateral (e.g. visual right/tactile right) or bilateral configuration (e.g. visual right/tactile left). The first task was a simple reaction time (SRT) paradigm where participants had to responded to all stimulations, irrespective of spatial position. Results showed that multisensory gain and coactivation were the same for spatially aligned and misaligned visuotactile stimulations. In the second task, a choice reaction time (CRT) paradigm where participants responded to rightsided stimuli only, bilateral stimuli yielded slower reaction times. No difference in multisensory gain was found between the SRT and CRT tasks for unilateral stimulations. Overall, the results suggest that when spatial information is task-irrelevant, multisensory integration of unilateral and bilateral stimuli is equivalent. However, manipulating task requirements can alter this effect. In the second study, we investigated if the behavioral enhancements resulting from within-modal and cross-modal integration depend on the spatial congruency of the redundant stimuli. Results show that the redundancy gains (RG) obtained from the cross-modal conditions were far greater than those obtained from combinations of two visual or two tactile targets. Moreover, we found that the spatial alignment of the targets did not influence the RG obtained in cross-modal conditions, whereas within-modal stimuli produced a greater RG when the targets where delivered in separate hemispaces. These results suggest that within-modal and cross-modal integration are not only distinguishable by the amount of facilitation they produce, but also by the spatial configuration under which this facilitation occurs. The third study examines the role of the corpus callosum (CC) in mediating the RG observed for unilateral and bilateral cross-modal integration. Using a simple detection task, we tested four congenitally acallosal and one callosotomized individuals. No significant difference between congenitally acallosal individuals and controls were found for unilateral within-modal conditions or for multisensory conditions. Overall, these results demonstrate that the CC in not required to integrate cross-modal information across hemispheres and that intrahemispheric processing is preserved in acallosal individuals. Based on previous studies demonstrating the role of the superior colliculus in multisensory integration, our results suggest that in the absence of the CC, the behavioral benefit resulting from subcortical processing by the superior colliculus does not reflect the neurophysiological constraints of multisensory integration.

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Dans notre environnement, nous sommes constamment exposés à de multiples stimuli sensoriels que notre cerveau doit analyser. Afin d'interagir avec le monde qui nous entoure, nous devons intégrer ces différentes sources d'informations sensorielles. L'étude des processus d'intégration multisensorielle est essentielle pour comprendre comment le cerveau intègre les éléments séparés d'un objet défini par plusieurs composantes sensorielles pour former un percept unifié. Il est maintenant couramment admis que la présentation conjointe de plusieurs informations sensorielles de modalités différentes d'un même stimulus peut faciliter la perception. Cette facilitation multisensorielle semble être soumise à des règles particulières puisque certains facteurs l'influencent. Parmi eux, nous avons étudié, dans notre première étude, l'impact de trois facteurs que sont la saillance, la congruence sémantique et le changement de modalité sur les performances de détection de stimuli naturels chez l'homme et le singe. L'utilisation de stimuli naturels nous a permis de mettre en lumière l'influence des paramètres physiques des stimuli sur l'intégration multisensorielle. De plus, nous avons montré que les effets de ces facteurs sur des stimuli naturels diffèrent de ceux retrouvés avec des stimuli simples. Ces résultats convergent vers des effets multifactoriels sur la facilitation multisensorielle dont la force, les interdépendances et l'ordre varieraient en fonction de la tâche comportementale et de ce fait, de la charge cognitive. D'un point de vue anatomique et plus précisément au niveau cortical, les processus d'intégration multisensorielle paraissaient être jusqu'à récemment une caractéristique que seules possédaient les aires associatives situées au sommet de la hiérarchie du traitement de l'information. On sait maintenant que des aires corticales de bas niveau, pensées jusque-là comme étant unisensorielles, sont impliquées dans les processus multisensoriels, soulevant ainsi la question des aires sous-corticales. Des études anatomiques ont mis en évidence l'existence de noyaux thalamiques qui, par leurs connexions, pourraient permettre un transfert rapide et même une intégration des informations sensorielles. Cette nouvelle littérature témoigne de la grande complexité des réseaux cérébraux de la multisensorialité. Dans deux études électrophysiologiques chez le singe, nous avons examiné les propriétés multisensorielles de deux structures, le gyrus cingulaire postérieur et le pulvinar médian, qui n'avaient jamais été explorées auparavant dans un contexte multisensoriel. Nous avons montré que ces structures sont non seulement multisensorielles mais également intégratives et qu'elles pourraient appartenir à un même système fonctionnel. Ces travaux de thèse ont apporté des éléments supplémentaires quant à notre compréhension des processus d'intégration multisensorielle au niveau comportemental et des réseaux cérébraux sous-jacents et particulièrement ceux liés à l'intégration de stimuli naturels. / In our environment, we are constantly exposed to multiple sensory stimuli that our brain has to analyze. To interact with the surrounding world, we have to integrate these different sources of sensory information. The study of the processes of multisensory integration are essential in understanding how our brain integrates the individual parts of an object defined by several sensory components to arrive at a unified percept. It is now widely accepted that the concurrent presentation of several sensory information about the same stimulus in different modalities can facilitate its perception. This multisensory facilitation seems to be subjected to specific rules since some factors influence it. Amongst them, we have studied, in our first experiment, the impact of three factors, namely saliency, semantic congruency and modality switch, on the detection of natural stimuli in humans and monkeys. Using natural stimuli enabled us to highlight the influence of the physical parameters of stimuli on multisensory integration. Moreover, we showed that the effect of these factors on natural stimuli are different from those found with simple stimuli. These results point toward multifactorial effects on multisensory facilitation, of which the force, the interdependency and the order would vary as a function of the behavioral task, and, thus as a function of the cognitive load. From an anatomical point of view and more specifically at the cortical level, the integration mechanism appeared to be, until recently, a characteristic possessed only by associative areas at the top of the hierarchy of information processing. We now know that low level cortical areas, thought up to then to be only unisensory, are implicated in multisensory processes, thus raising the question about subcortical areas. Anatomical studies have shown the existence of thalamic nuclei which, through their connectivity, could allow for a rapid transfer and even an integration of sensory information. This new literature demonstrates the high complexity of the multisensory cerebral networks. In two electrophysiological studies in the monkey, we examined the multisensory properties of two structures, the posterior cingulate gyrus and the median pulvinar, which had never been explored before in a multisensory context. We not only showed that these structures are multisensory, but also integrative and that they could be part of the same functional network. This thesis has brought additional elements towards a better understanding of multisensory integration processes at the behavioral level and about the underlying brain networks, in particular those linked with the integration of natural stimuli.

Le rôle du collicule inférieur dans les divers processus auditif demeure à ce jour méconnu chez l’humain. À l’aide d’évaluations comportementales et électrophysiologiques, le but des études consiste à examiner l’intégrité fonctionnelle du système nerveux auditif chez une personne ayant une lésion unilatérale du collicule inférieur. Les résultats de ces études suggèrent que le collicule inférieur n’est pas impliqué dans la détection de sons purs, la reconnaissance de la parole dans le silence et l’interaction binaurale. Cependant, ces données suggèrent que le collicule inférieur est impliqué dans la reconnaissance de mots dans le bruit présentés monauralement, la discrimination de la fréquence, la reconnaissance de la durée, la séparation binaurale, l’intégration binaurale, la localisation de sources sonores et, finalement, l’intégration multisensorielle de la parole. / The role of the inferior colliculus in human auditory processing is still poorly understood. We report the results obtained from a 12-year-old boy who suffered a very circumscribed lesion at the level of the right inferior colliculus without additional neurological damage. The child underwent an extensive battery of psychophysical and electrophysiological tests. Results revealed that tonal detection thresholds, speech recognition in the absence of competing auditory input and performance on binaural interaction tasks were unimpaired. However, the pattern of results suggests that auditory functions such as the recognition of low-redundancy speech presented monaurally, frequency discrimination, the recognition of tone-duration patterns, binaural separation, binaural integration, sound-source localization in space as well as mutlisensory integration depend on the integrity of the bilateral auditory pathways at the level of the inferior colliculus.

L’intégration de stimulations provenant de modalités sensorielles différentes nous offre des avantages perceptifs tels qu’une meilleure discrimination et une accélération des temps de réponse (TR) face aux évènements environnementaux. Cette thèse a investigué les effets de la position spatiale de stimulations visuelles et tactiles sur le gain de redondance (GR), qui correspond à une réduction du temps de réaction lorsque deux stimulations sont présentées simultanément plutôt qu’isolément. La première étude a comparé le GR lorsque les mêmes stimulations visuotactiles sont présentées dans une tâche de détection et une tâche de discrimination spatiale. Les stimulations étaient présentées unilatéralement dans le même hémichamp ou bilatéralement dans les hémichamps opposés. Dans la tâche de détection, les participants devaient répondre à toutes les stimulations, peu importe leur localisation. Les résultats de cette tâche démontrent que les stimulations unilatérales et bilatérales produisent un GR et une violation du modèle de course indissociables. Dans la tâche de discrimination spatiale où les participants devaient répondre seulement aux stimulations présentées dans l’hémichamp droit, les TR aux stimulations bilatérales étaient moins rapides. Nous n’avons pas observé de différence entre le GR maximal obtenu dans l’une ou l’autre des tâches de cette étude. Nous concluons que lorsque l’information spatiale n’est pas pertinente pour accomplir la tâche, les stimulations unilatérales et bilatérales sont équivalentes. La manipulation de la pertinence de l’information spatiale permet donc d’induire une altération du GR en fonction de la localisation des stimulations. Lors d’une seconde étude, nous avons investigué si la différence entre les gains comportementaux résultants de l’intégration multimodale et intramodale dépend de la configuration spatiale des stimulations. Les résultats montrent que le GR obtenu pour les conditions multimodales surpasse celui obtenu pour les stimulations intramodales. De plus, le GR des conditions multimodales n’est pas influencé par la configuration spatiale des stimulations. À l’opposé, les stimulations intramodales produisent un GR plus important iii lorsque les stimulations sont présentées bilatéralement. Nos résultats suggèrent que l’intégration multimodale et intramodale se distinguent quant au GR qu’ils produisent et quant aux conditions nécessaires à cette amélioration. La troisième étude examine le rôle du corps calleux (CC) dans l’observation du GR obtenu pour les stimulations multimodales et intramodales lorsque celles-ci sont présentées unilatéralement et bilatéralement. Quatre patients ayant une agénésie congénitale du corps calleux (AgCC) et un patient callosotomisé ont été comparés à des individus normaux dans une tâche de détection. Dans l’ensemble, les résultats suggèrent que le CC n’est pas nécessaire pour l’intégration interhémisphérique de stimulations multimodales. Sur la base d’études précédentes démontrant le rôle des collicules supérieurs (CS) dans l’intégration multimodale, nous concluons qu’en l’absence du CC, les bénéfices comportementaux résultants d’un traitement sous-cortical par les CS ne reflètent pas les règles d’intégration observées dans les études neurophysiologiques chez l’animal. / The integration of stimuli from the same or different modalities offers many benefits such as enhanced discrimination and accelerated reaction to objects. This thesis investigates the effects of stimuli’s spatial location on the redundancy gain (RG) obtained with cross-modal and within-modal stimulations. The RG is a decrease in reaction times (RT) when two or more stimuli are presented simultaneously rather than a single stimulation. The first study investigated cross-modal visuo-tactile integration in a single reaction time task and a choice reaction time task. Each unisensory stimulus was presented to either the left or right hemispace, and multisensory stimuli were presented in a unilateral (e.g. visual right/tactile right) or bilateral configuration (e.g. visual right/tactile left). The first task was a simple reaction time (SRT) paradigm where participants had to responded to all stimulations, irrespective of spatial position. Results showed that multisensory gain and coactivation were the same for spatially aligned and misaligned visuotactile stimulations. In the second task, a choice reaction time (CRT) paradigm where participants responded to rightsided stimuli only, bilateral stimuli yielded slower reaction times. No difference in multisensory gain was found between the SRT and CRT tasks for unilateral stimulations. Overall, the results suggest that when spatial information is task-irrelevant, multisensory integration of unilateral and bilateral stimuli is equivalent. However, manipulating task requirements can alter this effect. In the second study, we investigated if the behavioral enhancements resulting from within-modal and cross-modal integration depend on the spatial congruency of the redundant stimuli. Results show that the redundancy gains (RG) obtained from the cross-modal conditions were far greater than those obtained from combinations of two visual or two tactile targets. Moreover, we found that the spatial alignment of the targets did not influence the RG obtained in cross-modal conditions, whereas within-modal stimuli produced a greater RG when the targets where delivered in separate hemispaces. These results suggest that within-modal and cross-modal integration are not only distinguishable by the amount of facilitation they produce, but also by the spatial configuration under which this facilitation occurs. The third study examines the role of the corpus callosum (CC) in mediating the RG observed for unilateral and bilateral cross-modal integration. Using a simple detection task, we tested four congenitally acallosal and one callosotomized individuals. No significant difference between congenitally acallosal individuals and controls were found for unilateral within-modal conditions or for multisensory conditions. Overall, these results demonstrate that the CC in not required to integrate cross-modal information across hemispheres and that intrahemispheric processing is preserved in acallosal individuals. Based on previous studies demonstrating the role of the superior colliculus in multisensory integration, our results suggest that in the absence of the CC, the behavioral benefit resulting from subcortical processing by the superior colliculus does not reflect the neurophysiological constraints of multisensory integration.

Les informations sensorielles peuvent être atténuées de la périphérie jusqu'au cortex durant le mouvement. Notre hypothèse est que l'information somatosensorielle serait facilitée durant la planification du pas où il serait inopportun de supprimer ces informations cruciales. Nous avons enregistré les potentiels somatosensoriels (SEPs) évoqués par vibration bilatérale des muscles des chevilles afin de stimuler la proprioception.Les résultats montrent que la composante évoquée corticale précoce restait inchangée mais une composante tardive négative était significativement augmentée durant la planification du pas.Pour tester si cette facilitation proprioceptive était due aux contraintes d'équilibre, la même expérience fut effectuée en microgravité où cette facilitation disparut, malgré la restauration d'un cadre de référence spatial.Cette facilitation tardive survint pendant l'imagerie motrice kinesthésique d'un pas planifié, démontrant que l'imagerie mentale intègrerait les contraintes d'équilibre et posturales requises pour la tâche, ceci étant confirmé par la disparition de cette facilitation lors de la planification du pas imaginé en microgravité.Ceci démontre au niveau neurophysiologique, une modulation de la transmission des afférences sensorielles selon leur pertinence pour planifier un mouvement. Cette facilitation résulterait de mécanismes prédictifs reliés à l'importance de contrôler l'équilibre du corps avant l'initiation du pas, car ce processus survint durant la planification d'un pas exécuté ou imaginé. Il serait basé sur un modèle interne de l'action impliquant des lois physiques du mouvement (1-g modèle) car cette facilitation fut supprimée en microgravité. / Sensory inputs can be attenuated from the periphery to the cortex during voluntary movements. Our hypothesis is that the somatosensory information could be facilitated during the planning of a step. It would appear dysfunctional to suppress somatosensory information, which is considered to be of the utmost importance for gait planning. We recorded somatosensory potentials (SEPs) evoked by bilateral ankle vibration to stimulate proprioception. Results showed that cortical early evoked component remained unchanged but a negative late component was significantly increased during step planning. To determine whether this facilitation of proprioceptive inputs was related to gravitational equilibrium constraints, we performed the same experiment in microgravity. In the absence of equilibrium constraints, both components did not significantly differ between the static and stepping conditions, despite the restoration of a body in space reference frame.This late facilitation occurred during kinesthetic motor imagery of a planned step, suggesting that mental imagery would integrate postura and balance constraints required for the task, as it was confirmed byt the lack of this facilitation during the planning of an imagined step in microgravity.These observations provide neurophysiological evidence that the brain exerts a dynamic control over the transmission of the afferent signal according to their current relevance during movement preparation.These processes should be based on internal model of action involving the physical laws of motion (1g-model) as this sensory facilitation was suppressed in microgravity when planning motor imagery.

In the last decade, neuroscience and psychology alike have paid increasing attention to the study of affective touch, which refers to the emotional and motivational facets of tactile sensation. Some aspects of affective touch have been linked to a neurophysiologically specialised system, namely the C tactile (CT) system. While the role of this system for affiliation, social bonding and communication of emotions have been investigated, less is known about the potential role of affective touch in the awareness of the body as our own, i.e. as belonging to our psychological 'self'. This thesis attempted to contribute to the knowledge on affective touch and its relation to body awareness, by exploring the potential role of this modality to the way we perceive and make sense of our body as our own. Specifically, this work aimed to advance the current state of knowledge by investigating: 1) the effect of affective touch on the sense of body ownership, which is a fundamental aspect of body awareness; 2) the relation between interoceptive modalities, originating both internally (i.e. cardiac awareness) and peripherally (i.e. affective touch), and exteroception in body awareness; 3) the effect of intranasal oxytocin on the perception of affective touch and bodily awareness; 4) the perception and social modulation of affective touch in psychiatric patients who show difficulties in body awareness, namely patients with Anorexia Nervosa, and 5) the modulating role of self-other distinction and of self-other relation in the perception of affective touch and body awareness. In a first experiment (N = 52) the rubber hand illusion paradigm was used to investigate the role played by CT-optimal, affective touch in the sense of body ownership. The results showed that slow, pleasant touch enhanced the experience of embodiment in comparison to faster, neutral touch, suggesting that affective touch might uniquely contribute to the sense of body ownership. The following study (N = 75), used a similar methodology to test whether interoceptive sensitivity as measured by a heartbeat counting task would modulate the extent to which affective touch influences the multisensory process taking place during the rubber hand illusion. The results could not confirm a systematic relation between interoceptive sensitivity and the perception of affective touch, nor its influence on body ownership. The next study (N = 41) included a double-blind, placebo-controlled, randomised, cross-over design testing the effect of intranasal oxytocin on the perception of affective touch and body ownership, as measured by means of the rubber hand illusion. There was no evidence supporting the hypothesis that intranasal oxytocin could influence the CT system as tested in this study. The next study (N = 55) applied some of the above methodologies to investigate the perception of CT-optimal touch in patients with anorexia nervosa and its emotional modulation by top-down factors. The results confirmed the hypothesis that people with anorexia nervosa show a reduced perception of affective touch compared to healthy controls, but its perception was not influenced by top-down affective modulation, in the sense that both patients and healthy controls perceived touch as more pleasant when presented concurrently with positive facial expressions compared to neutral and negative faces. Finally, the last two studies (N = 76 and 35 healthy volunteers, respectively) focused on the relationship between affective touch and body awareness in the context of social cognition. These studies used both online and offline social modulation paradigms to investigate the role of self-other distinction and of self-other relation in the perception of affective touch. The results showed that positive top-down social information can enhance the perceived pleasure of tactile stimulation. Taken together, these studies point to the central role of affective touch in body awareness and social cognition. Finally, they also pave the way for future studies examining the role of disruptions of the CT system in the development of neuropsychiatric impairments of body awareness and social cognition.

La construction de la représentation de soi est basée sur l'intégration des informations que l'on reçoit des différentes modalités sensorielles telles que les informations visuelles, auditives, tactiles ou proprioceptives. L'interaction entre les actions et les mouvements, et plus récemment les interactions sociales et l'espace ont été étudiées essentiellement au niveau comportemental, moins au niveau fonctionnel et beaucoup reste encore à élucider. En particulier, il est important et essentiel de comprendre exactement quels processus sont impliqués dans la construction d'une représentation spatiale et comment ces processus sont mis en oeuvre, non seulement au niveau local par l'activité de neurones spécifiques, dans une zone corticale spécifique, mais aussi à l'échelle du réseau dans son ensemble ainsi qu'à l'échelle du cerveau entier. Le premier axe de ma thèse s'intéresse à l'espace peripersonnel, qui est l'espace le plus proche de nous et qui représente l'un des sous-espaces fonctionnels de la représentation spatiale. Nous faisons l'hypothèse que ce sont les mêmes régions qui contribuent à la convergence multisensorielle, à la prédiction des conséquences sur le traitement tactile d'une stimulation visuelle approchant le corps et à la construction de l'espace peripersonnel. Pour tester cette hypothèse, nous avons étudié l'effet des aspects prédictifs temporels et spatiaux d'un stimulus visuel dynamique sur la détection du stimulus tactile chez l'Homme (étude comportementale) et le primate non humain (étude en IRM fonctionnelle) ainsi que les bases neuronales de la représentation de l'espace proche et de la représentation de l'espace lointain, chez le primate non humain (étude en IRM fonctionnelle). Nous mettons en évidence l'implication d'un réseau parieto-frontal, essentiellement composé par l'aire intrapariétale ventrale VIP et l'aire prémotrice F4 qui sont activées par ces trois mécanismes différents. Nous proposons que ce réseau traite non seulement la trajectoire de l'objet approchant vis-à-vis du corps, mais qu'il anticipe également ses conséquences sur le corps et prépare des actions de protection en réponse à ce stimulus approchant. Le deuxième axe de ma thèse porte sur la caractérisation de l'étendue de la plasticité dans la représentation visuelle dans le cerveau adulte (par opposition aux premiers stades de plasticité observées autour des périodes critiques du développement) et en particulier, sur des développements méthodologiques permettant de mesurer les changements fins dans le cortex visuel induits par une telle plasticité. Plus précisément, nous avons développé un ensemble de méthodes d'IRM à haute résolution : imagerie fonctionnelle (cartographie visuelle à haute résolution, IRM au repos), pharmacologique (imagerie spectroscopique du GABA) et structurelle (IRM anatomique, DTI basée sur la diffusion des molécules d'eau), afin de définir des mesures de référence pour évaluer les changements induits par la plasticité à différents moments après son induction, à travers une étude longitudinale réalisée chez les mêmes animaux. Certaines de ces méthodes nécessitent encore quelques raffinements et ajustements mais, dans l'ensemble, elles montrent leur potentiel prometteur pour étudier la plasticité chez les primates non humains. Dans l'ensemble, ce travail de thèse a permis de créer un lien fonctionnel entre les études d'IRMf effectuées chez l'Homme et les études d'enregistrement d'électrophysiologies chez le primate non humain. De plus, il entraine de nouvelles stratégies et pistes d'explorations à étudier dans le domaine de la représentation spatiale, à la fois chez l'Homme et le primate non humain / The construction of the representation of self is based on the integration of information received by our different sensory modalities such as visual, auditory, tactile or proprioceptive information. The interaction between actions and movements and more recently social interactions and space are being explored at the behavioral level, but less so at the functional level and much more remains to be elucidated. In particular, it is important and fundamental to understand exactly which processes are involved in space representation and how, not only from a partial view focusing on specific cortical areas and single neuron processes but at the scale of the whole brain and the functional networks. The first axis of my thesis focuses on peripersonal space, that is the space that is closest to us, and represents one of the functional subspaces of spatial representation. We assume that it is the same regions that contribute to multisensory convergence, to the prediction of the consequences of a looming visual stimulus onto tactile processing and to the construction of peripersonal space. To test this hypothesis, we investigated the effect of the temporal and spatial predictive aspects of a dynamical looming visual stimulus onto tactile stimulus detection in humans (behavioral study) and non-human primates (fMRI study); the neural bases of near space and far space representations, in non-human primate (fMRI study). We highlight the involvement of a parieto-frontal network, essentially composed by the ventral intraparietal area VIP, the premotor area F4 as well as striate and extra-striate cortical regions, which are activated by these three different mechanisms. We propose that this network not only processes the trajectory of the looming object with respect to the body, but also anticipates its consequences onto the body and prepares protective actions in response to the looming stimulus. The second axis of my thesis focuses on characterizing the extent of plasticity in the visual representation of the adult brain (as opposed to the early stages around the critical developmental periods) and in particular, how the associated fine-grained changes in the visual cortex can be precisely quantified along multiple dimensions (anatomical, functional, pharmacological). Specifically, we have developed a set of high-resolution MRI methods to assess functional (high-resolution visual mapping fMRI, rs-MRI), pharmacological (GABA spectroscopy imaging) and structural (anatomical MRI, DTI) imaging to define reference measures against which to evaluate the changes induced by plasticity at different times after its induction, through a longitudinal study performed in the same animals. Some of these methods need to be more refined but they show that they are really promising to study plasticity in nonhuman primate. On the whole, this present doctoral research allows to make a functional link between human fMRI studies and monkey single cell recording studies and provides new strategies and explorations to perform on the spatial representation field both in humans and non-human primates

Des études suggèrent que certaines capacités sensorielles peuvent être augmentées chez l’humain, soit i) à la suite d’un entraînement ou ii) à la suite de privation sensorielle précoce. Des études suggèrent qu’une telle altération sensorielle peut être retrouvée chez les personnes ayant subi un entraînement musical. L’interaction entre ce qui est entendu et ressenti est spécialement importante lorsqu’un individu joue d’un instrument de musique. L’entraînement musical est reconnu comme étant une forme d’entraînement multisensoriel incluant des interactions entre des composantes auditives, visuelles et tactiles. Celui-ci peut mener à des réorganisations anatomiques et structurelles dans les régions corticales associées à ces modalités sensorielles. Plusieurs études comportementales ont révélé des habiletés de détection tactile améliorées chez les musiciens. Il est toujours incertain que ces améliorations puissent être retrouvées lors de processus plus complexes tels que la reconnaissance des émotions. Une autre population d’étude pourrait aussi révéler une altération des capacités tactiles, soit les personnes sourdes de naissance. Des études en imagerie ont révélé que les stimuli vibrotactiles activaient les régions auditives chez les personnes sourdes, suggérant ainsi une importante réorganisation tactile chez ces individus. Pourtant, au niveau comportemental, les capacités de détection tactile semblent similaires aux contrôles. Récemment, il a été suggéré que des processus tactiles plus complexes pourraient permettre de révéler des différences comportementales entre les personnes sourdes et entendantes. Malheureusement, tout comme chez les musiciens, ces processus n’ont toujours pas été évalués à ce jour. L’objectif principal de cette thèse est donc d’évaluer i) la perception unisensorielle tactile, auditive ainsi que multisensorielle chez les musiciens et ii) la perception unisensorielle tactile chez les sourds à l’aide de tâches non-musicales et musicales. Chez les musiciens, les résultats de cette thèse suggèrent des capacités de discrimination fréquentielle auditive, tactile et audiotactile améliorées (étude 1) ainsi que des améliorations de la perception d’émotions musicales complexes auditive et tactile (étude 2). Ces études supportent l’hypothèse qu’une formation musicale à long terme : i) entraîne une amélioration des capacités unisensorielles auditives et tactiles, mais surtout que celle-ci s’étend à des processus tactiles complexes, ii) a un impact à tous les niveaux hiérarchiques du traitement sensoriel et cognitif. Chez les individus sourds, les résultats ont révélé un plus haut taux d’erreurs lors de la tâche de détection d’ordre temporel tactile (étude 3). Ce résultat suggère que la cartographie spatiale du toucher est altérée chez les individus sourds. De plus, l’étude ayant mesuré la perception des émotions tactiles a révélé que ceux-ci sont capables d’identifier des émotions via la modalité tactile seule et ont même une capacité améliorée à identifier la joie (étude 4). Cette capacité accrue à percevoir la joie dans une mélodie via la modalité tactile illustre que des habiletés tactiles complexes peuvent être améliorées suite à une privation auditive de longue date. Ces deux études mises en commun illustrent que des capacités tactiles complexes non-musicales et musicales sont altérées chez l’individu sourd, ce qui supporte les études suggérant une réorganisation corticale des aires auditives et tactiles chez les individus sourds. / Studies suggest that some sensory abilities may be increased in humans, either i) following training or ii) following early sensory deprivation. Studies suggest that such sensory alteration can be found in people who have undergone musical training. The interaction between what is heard and felt is especially important when an individual is playing a musical instrument. Musical training is well-known as a form of multisensory training that includes interactions between auditory, visual and tactile modalities. This can lead to anatomical and structural reorganizations in the cortical regions associated with these sensory systems. Several behavioral studies have revealed improved tactile perception skills in musicians. It is still unclear whether these improvements can be found for more complex processes, such as recognition of emotions. Similar alteration of tactile abilities may also be found in another population, namely early-deaf individuals. Imaging studies have shown that vibrotactile stimuli activate auditory regions following deafness, suggesting a significant tactile reorganization of their cortex. Yet, from a behavioral point of view, tactile perception in deaf seems similar to controls. Recently, it has been suggested that more complex tactile processes may reveal behavioral differences between deaf and normal-hearing individuals. Unfortunately, similarly to musicians, these processes have not been investigated to date. The main objective of this thesis is therefore to evaluate via non-musical and musical tasks i) tactile, auditory and multisensory perception of music among musicians and ii) tactile perception of music among deaf individuals. For musicians, results of this thesis suggest enhanced auditory, tactile and audio-tactile frequency discrimination capabilities (Study 1). Also, results suggest an increase perception of emotions in music, which suggests improvements for complex auditory and tactile abilities (Study 2). These studies support the hypothesis that long-term musical training: i) leads to improved auditory and tactile perception, but especially that it extends to complex tactile processes, ii) has an impact at all hierarchical levels of sensory and cognitive processing For deaf individuals, results revealed a higher error rate during the tactile temporal order detection task (Study 3). This result suggests that spatial mapping of touch is impaired in deaf individuals. In addition, the study measuring tactile perception of emotion in music revealed that they are able to identify emotions via tactile modality solely. Also, improvements were found for the identification of happy emotion via tactile modality solely (Study 4). This increased ability to perceive happiness in a melody via the tactile modality illustrates that complex tactile skills can be improved following longstanding hearing deprivation. These two studies together suggest that complex non-musical and musical tactile abilities are altered in the deaf individual, which supports studies suggesting a cortical reorganization of auditory and tactile areas following long-term auditory deprivation.