Le temps peut être à la fois une dimension structurant l’organisation de la perception et un contenu de la conscience, ce qui en fait un objet d’étude crucial pour comprendre la cognition humaine. Le but de cette thèse est de déterminer dans quelle mesure l’ordonnancement temporel de l’information est lié à l’ordre perçu (explicite ou implicite) des évènements. Le premier axe d’étude s’intéressant au temps comme contenu conscient montre que l’ordre temporel est un biais psychologique indépendant de l’attention. Une étude complémentaire en magnétoencéphalographie a révélé que les participants ayant les plus larges biais (c.à.d. que leur perception de la simultanéité correspond à une large désynchronisation physique) montrent aussi les plus larges fluctuations de la puissance des oscillations alpha spontanées lorsque la perception de l’ordre est contrastée pour un même délai physique. Ces oscillations sont donc proposées comme moyen pour compenser un biais individuel. Le deuxième axe de recherche explore comment le temps façonne implicitement la perception d’une séquence visuelle, par l’étude de la postdiction, c.à.d. quand des informations plus tardives influencent la représentation d’informations antérieures. Dans l’illusion du Lapin, un flash intermédiaire est mal localisé à cause de la régularité temporelle de la séquence. Nous avons montré que percevoir l’illusion active des régions parieto-centrales après la fin de la séquence. Ces résultats suggèrent que des régions de haut niveau pourraient contribuer à la reconstruction postdictive d’une séquence visuelle, en accord avec l’hypothèse que l’illusion dépend d’une connaissance préalable sur la vitesse d’un stimulus. / Time in the brain can be considered both as a dimension structuring the organization of perception and as a conscious content: this confers to time a particular flavor that makes it a paramount object of study to understand the basis of human cognition. The present thesis aims at empirically determining to which extent the temporal ordering of information relates to the perceived order of events, both implicitly and explicitly. First, we investigated how time may become an explicit conscious content by showing that temporal order is a psychological bias, independent of attention. A follow-up magnetoencephalography study revealed that participants having a large order bias (i.e. their perceived synchrony corresponds to a large physical asynchrony) also showed the largest fluctuations in ongoing alpha power when perceived orders were contrasted for a given physical asynchrony. Alpha oscillations are herein argued to be a means to compensate for an individual internal bias. Second, we investigated how time implicitly shaped the perception of visual sequences by studying postdiction, i.e. when late inputs strikingly influence the representation of earlier information. In the Rabbit illusion, the intermediate flash of a visual sequence is spatially mislocalized due to the temporal regularity of the sequence. We showed that parieto-frontal regions were more activated following the presentation of the full sequence when the illusion was perceived. These results suggest that high-order regions may contribute to the postdictive reconstruction of a visual sequence, consistently with the hypothesis that the illusion is shaped by prior knowledge on a stimulus speed.

My thesis explores the interplay between perceptual awareness, metacognition and metarepresentations using various experimental manipulations. It is articulated around two approaches. 
The first part of my thesis seeks to better understand how perceptual awareness and metacognition are modulated by experimentally-induced metarepresentations in two studies based on beliefs manipulation. We use placebo suggestions aiming at improving perceptual awareness at different levels of processing in a first set of visual experiments and we study the impact of a negative placebo suggestion impact on perceptual awareness and metacognitive abilities in a second set of tactile experiments. Ours results suggest that placebo suggestions lead to fragile if not non-existent effects in non-noxious perception and that high-level cognitive-affective components may be essential for placebo effect to occur. The second part is focused on the relationship between perceptual consciousness and a core metarepresentation that is the self. In particular, it aims at deepening our understanding of whether bodily self-consciousness has a role in shaping perceptual consciousness. This fundamental relation has indeed surprisingly remained overlooked so far, perceptual- and bodily self- consciousness being largely studied independently. This second part is composed of 3 studies. The first one examines how body movement can influence vision and metacognition through sensory attenuation. The second study investigates how manipulating one’s sense of self through sensorimotor conflicts alters perception and metacognition. The third study explores whether self-metacognition requires embodiment and to which extent one can evaluate the (un)certainty of others. Taken together, our findings suggest that the brain — and consciousness — cannot be studied in isolation, and that it is essential to take into account our body and our actions into the world, as well as the fact that we live in a social environment in order to have a deeper understanding of perceptual consciousness. / Doctorat en Sciences psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Arithmetic abilities are required when solving problems such as “3x4” or “24+33” and are important for many everyday life situations: for instance, to make a recipe or to pay at the store. Given the high incidence of arithmetic difficulties throughout development, the acquisition of arithmetic abilities received much attention in field of numerical cognition. However, although fundamental, only a handful of studies (e.g. Geary & Wiley, 1991) investigated the impact of normal aging on arithmetic problem solving.Therefore the question of whether and how arithmetic abilities are affected by the decline of cognitive processing remains poorly understood. The aim of the current thesis was to fill in this gap and to investigate whether and how arithmetic abilities as well as the related executive functions change when aging. Our results showed that the deficit with age in arithmetic abilities and related executive functions is not general but specific to the executive function under investigation. Moreover, our findings suggest that these executive functions could be specific to the arithmetic domain and not an instance of a more general executive system.In our view, this thesis constitutes an initial step towards enhancing our comprehension of the impact of age on executive functions in the arithmetic domain and its potential specificity with other domains. However, especially because of the lack of studies directly addressing these issues, the results reported here need to be replicated to strengthen our conclusions. In this respect, we believed that the DDM could help to specify exactly which cognitive processes remain intact with age and which become deficient. / Doctorat en Sciences psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

On the 24th November of 1859, Charles Darwin published the first edition of The Origin of Species. One hundred fifty-nine years later, our understanding of human and animal adaptation to the surrounding environment remains a major scientific challenge. How do humans and animals generate apt decision strategies in order to achieve this adaptation? How does their brain efficiently carry out complex computations in order to produce such adaptive behaviors? Although an exhaustive answer to these questions continues to feel out of reach, the investigation of adaptive processing results relevant in understanding mind/brain relationship and in elucidating scenarios where mind/brain interactions are corrupted such as in psychiatric disorders. Additionally, understanding how the brain efficiently scales problems when producing complex and adaptive behaviors can inspire and contribute to resolve Artificial Intelligence (AI) problems (e.g. scaling problems, generalization etc.) and consequently to the develop intelligent machines. During my PhD, I investigated adaptive behaviors at behavioral, cognitive, and neural level. I strongly believe that, as Marr already pointed out, in order to understand how our brain-machine works we need to investigate the phenomenon from 3 different levels: behavioral, algorithm and neural implementation. For this reason, throughout my doctoral work I took advantages of computational modeling methods together with cognitive neuroscience techniques in order to investigate the underlying mechanisms of adaptive behaviors. / Doctorat en Sciences psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

D’abord subordonnée au diagnostic différentiel en neurologie, la neuropsychologie a connu, avec l’avènement des techniques d’imagerie, un remaniement de ces objectifs avec notamment pour préoccupation nouvelle d’évaluer l’implication des altérations des fonctions cognitives dans la vie quotidienne du sujet (Parsons, 2012). Un constat, qui s’est dégagé à travers la littérature, porte sur le caractère peu généralisable des conclusions posées sur base des outils neuropsychologiques classiques aux comportements du quotidien (Chaytor & Schmitter-Edgecombe, 2003). Nombreux sont les scientifiques aujourd’hui à s’accorder sur la nécessité de disposer d’outils proches des situations de vie quotidienne afin d’affiner la compréhension des mécanismes cognitifs impliqués dans les activités de la vie courante et in fine de promouvoir une évaluation des habiletés fonctionnelles. La réalité virtuelle s’est ainsi rapidement imposée dans l’évaluation de la composante de multitâche et dans la simulation de tâches de haut niveau impliquant différentes fonctions cognitives simultanément (Parsey & Schmitter-Edgecombe, 2013).Ce travail de doctorat s’inscrit dans un projet pluridisciplinaire plus global (R.O.G.E.R.) dont l’objectif est le développement d’un programme d’évaluation des fonctions cognitives en réalité virtuelle. Cette thèse s’est consacrée plus particulièrement à l’évaluation d’une fonction cognitive, à savoir la mémoire prospective qui implique de se rappeler d’actions à effectuer dans le futur. Cette fonction cognitive, pourtant indispensable au bon fonctionnement de notre vie quotidienne, nous fait parfois défaut et ce même dans les situations les plus critiques qui relèvent d’une question de vie ou de mort. Prenons pour exemple les actes manqués des pilotes d’avion avertis qui conduisent parfois à des conséquences dramatiques (Dismukes, 2016). A l’instar de Plancher et Piolino (2017) pour son homologue rétrospectif, notre intérêt pour la conception d’un outil d’évaluation de la mémoire prospective trouve deux raisons principales :cette forme de mémoire est vulnérable à l’âge et à la pathologie, ce qui en fait une plainte récurrente. De par sa complexité, une évaluation écologique est d’une importance toute particulière.Notre apport se situe principalement dans la mise au point d’une interface de réalité virtuelle permettant de concevoir des scénarios personnalisés. En effet, les nombreux atouts que l’on concédera au programme R.O.G.E.R sont ceux relayés à travers la littérature comme des avantages généraux liés à la réalité virtuelle (e.g. la pertinence écologique, la capacité à délivrer des stimuli complexes de façon standardisée ou l’immersion dans un contexte dépourvu de risques) (Rizzo & Koenig, 2017). Le principal avantage du programme se situe dans la mise à disposition des utilisateurs d’un éditeur de scénarios ne nécessitant aucune connaissance technique spécifique. Le programme R.O.G.E.R. s’adresse ainsi à la communauté des chercheurs et cliniciens désireux de créer des scénarios sur-mesure au sein de deux environnements 3D interactifs (i.e. une salle d’entrainement et une maison).Nos choix de développement s’inscrivent dans une volonté d’introduire le programme R.O.G.E.R dans une pratique clinique future. Ce travail de développement d’une interface paramétrable, qui a constitué un travail de grande ampleur, a permis ensuite d’aboutir à la conception de multiples scénarios :un scénario de familiarisation, un scénario de pré- exposition et un scénario de mémoire prospective. Le principal atout de notre scénario de mémoire prospective (VREPT) est d’arriver à concilier le réalisme de l’immersion (complexité des situations, liberté d’action et interactions avec l’environnement) tout en maximisant le contrôle expérimental. Aucune tâche de mémoire prospective en réalité virtuelle ne propose, à notre connaissance, ces interactions diverses avec l’environnement qui le rend si proche des situations du quotidien (e.g. présence d’événements imprévisibles qui imposent au sujet d’y réagir, interaction avec des personnages virtuels tels que le chien et de multiples avatars). En effet, l’expérience est rendue plus immersive grâce à la possibilité donnée aux sujets de réaliser des actions dans l’environnement avec, à la clé, la possibilité d’en observer les conséquences. Le sujet est amené à vivre une histoire proche du réel dans laquelle il est acteur de ses actions, tout en gardant la standardisation nécessaire à l’évaluation neuropsychologique. / Doctorat en Sciences psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

While performing a task, we feel cognitive and affective conscious experiences that we can subjectively evaluate. For instance, we can feel that we perform well or badly, or that the task is easy or difficult, etc. These subjective experiences could have an influence on behavioural adaptation. In the current thesis, we aimed to understand how these experiences emerge and how they are related to behavioural adaptation. In a first experimental study, we investigated, in the context of a conflict task, the relationship between the experience of conflict and the Gratton effect. This effect is considered as a hallmark of cognitive control. We replicated and generalised previous results (Desender, Van Opstal & Van den Bussche, 2014) that showed that metacognitive experiences of conflict are related to the Gratton effect. In the second study, we demonstrated that people are able to focus on highly specific aspects of their phenomenal experience (i.e. visual vs. motor conflict) that are usually confounded in conflict tasks. In the third and the fourth experimental study of the thesis, we focused on the experience of “urge-to-err”, i.e. the subjective feeling that one is about to make an error, even if the final response is correct. Using electromyography, we showed that this experience is highly determined by features of motor performance. We also demonstrated that subjective experiences of the urge-to-err result from several features that can be objectified and disentangled. Finally, we studied the temporal dynamics of the experience of urge-to-err by analysing the electroencephalographic markers that relate to judgements of urge-to-err. Results show that these judgements are rather blind to pre-response processing, and are mainly supported by tardive processes related to response evaluation.In sum, through different studies using behavioural, electromyographic and electroencephalographic measures, the current thesis discloses the building blocks of metacognitive experiences in the context of conflict task and uncover their mechanisms. This work also contributes to a better understanding of the relationship between subjective experiences and behavioural adaptation. / Lorsque nous réalisons une tâche, nous ressentons consciemment des expériences cognitives et affectives que l’on peut subjectivement évaluer. Par exemple, nous pouvons avoir l’impression que notre performance est plus ou moins bonne, ressentir que la tâche est plus ou moins difficile, etc. Ces expériences subjectives pourraient avoir une influence sur nos adaptations comportementales. Dans cette thèse de doctorat, nous avions pour objectif de comprendre l’émergence de ces expériences subjectives et leurs rôles dans nos comportements adaptatifs. Dans une première étude expérimentale, nous avons investigué la relation entre les expériences de conflit et l’effet Gratton dans le contexte des tâches de conflit. L’effet Gratton est considéré comme une signature comportementale de mécanismes de contrôle cognitif. Nous avons répliqué et généralisé de précédents résultats (Desender, Van Opstal & Van den Bussche, 2014) qui avaient montré que les expériences métacognitives du conflit sont liées à l’effet Gratton. Dans une seconde étude, nous avons montré que les participants sont capables de se concentrer sur des aspects très spécifiques de leur expérience phénoménale, ces aspects (conflit visuel et conflit moteur) étant habituellement confondus dans des tâches de conflit. Dans la troisième et quatrième étude de cette thèse, nous nous sommes concentrés sur l’expérience de « urge-to-err », c’est à dire le sentiment subjectif d’être sur le point de faire une erreur, bien que la réponse donnée soit finalement correcte. En utilisant des enregistrements électromyographiques, nous avons montré que cette expérience subjective résulte d'une combinaison de différents aspects de la tâche, dont en particulier la performance motrice. Finalement, nous avons étudié le décours temporel de l’émergence de l’expérience de « urge-to-err » en analysant les marqueurs électroencéphalographiques liés à cette expérience. Les résultats montrent que notre expérience subjective de « urge-to-err » est aveugle aux traitements cognitifs qui ont lieu avant la réponse motrice. Cette expérience est principalement sous-tendue par des traitements tardifs liés à l’évaluation de la réponse. En résumé, à travers différentes études utilisant des mesures comportementales, électromyographiques et électroencéphalographiques, la présente thèse révèle les éléments constitutifs des expériences métacognitives dans le contexte de tâches de conflit. Ce travail contribue également à une meilleure compréhension de la relation entre expériences subjectives et comportements adaptatifs. / Doctorat en Sciences psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

For centuries, criminal and deviant behaviors have always been considered as a mystery because they do not represent the social norm. Why do some people hurt others or themselves? What guides the decision to perform good or bad actions? What is the role played by individual differences in such choices? Criminal behavior is not an unitary phenomenon and many approaches can be proposed to understand it. In the present thesis, I focused on the subjective experience that accompanies our actions commonly known as the sense of agency. The sense of agency can be defined as the experience of being the author of an action and its consequences. Therefore, understanding how the subjective experience of being responsible for an outcome influences our actions is a key issue for the notion of criminal responsibility. Throughout each chapter of the present thesis, I aimed at systematically explore how disturbances in the intention-action-outcome chain impact the sense of agency, by using behavioral and electrophysiological methods. I hope the methods and findings presented in this thesis will provide new routes to explore the human mind and particularly the sense of agency in the context of moral responsibility. / Doctorat en Sciences psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Depuis toujours, la question de la prise en charge la plus adéquate de l’individu en souffrance a préoccupé chercheurs et cliniciens. Comment obtenir un diagnostic fiable ?Peut-on prévenir le décours d’un trouble ?Quel type d’intervention est le plus adapté pour la personne ?Avec l’évolution des techniques d’imagerie, la discipline s’est ajustée au fil du temps, rendant indispensable une collaboration multidisciplinaire, avec un objectif commun :restaurer un bien-être bio-psycho-social pour l’individu.Nous nous intéressons dans ce manuscrit à une des méthodes d’imagerie en particulier, les potentiels évoqués et la composante P300. Reléguée au second plan au profit d’autres techniques comme l’imagerie fonctionnelle par résonance magnétique ou la magnétoencéphalographie, nous soutenons qu’il est pourtant profitable de renouveler et réinstaurer son usage en routine clinique. En rendant visible l’invisible, en permettant de détecter des dysfonctionnements cérébraux avant qu’ils ne se muent en symptômes cliniques, ils nous offrent en effet une information inédite sur le fonctionnement cérébral, que nulle autre méthode ne fournit, à savoir le décours temporel en direct des opérations mentales suite à une tâche cognitive. Notre proposition vise à améliorer l’application courante de ces potentiels évoqués, malgré un rapport négatif à leur encontre de la part du KCE (Centre d’expertise des soins de santé en Belgique). A travers l’exemple de la dépression sous-clinique, nous testons la sensibilité d’un paradigme oddball audio-visuel, permettant de révéler chez ces individus, une atteinte des processus intégratifs, déficit que l’emploi actuel des potentiels évoqués ne permettait pas de mettre en évidence. Nous insistons également sur une approche « multi-composantes », impliquant de relever des indications sur le fonctionnement cérébral à différents moments du continuum du traitement de l’information (e.g. perceptif, attentionnel, décisionnel), afin d’obtenir une impression globale du fonctionnement cognitif de l’individu.Cette démarche soulève, bien entendu, un certain nombre d’implications expérimentales et cliniques. Au niveau expérimental, un travail doit être fait par la communauté scientifique pour standardiser la méthode d’acquisition, et en ce sens, un « guideline » et des données normatives manquent encore à l’heure actuelle. Explorer la pathologie d’un point de vue psychophysiologique pourrait amener à redéfinir des catégories nosographiques transcendant les traditionnels critères de type DSM. Au niveau clinique, puisque les atteintes sous-cliniques deviennent maintenant détectables, les démarches préventives de la pathologie sont questionnées, à travers la possibilité réelle de déterminer des marqueurs physiologiques potentiels de la maladie mentale, avec les conséquences éthiques que cela comporte. Une réflexion sur l’intervention thérapeutique doit également être entreprise, puisqu’en révélant l’origine cognitive des symptômes de l’individu, un réentrainement personnalisé de ces fonctions cognitives déficientes peut constituer la première étape d’une réhabilitation d’un fonctionnement psycho-social adéquat pour l’individu. En travaillant d’abord sur un changement méthodologique, nous soutenons que les potentiels évoqués méritent à nouveau la place qui leur revient dans la « boite à outils » du clinicien. Pour paraphraser le professeur Guérit, il convient de laisser à l’ouvrier, avec son bagage de connaissances et de compétences, la liberté de choisir les outils qu’il considère les plus appropriés dans son intervention auprès de l’individu en souffrance. / Doctorat en Sciences psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Almost 100 years ago, Jersild (1927) published his article “Mental Set and Shift”. He borrowed this title from a book of Hollingworth and Poffenberger (1919), according to whom “shifting back and forth from one mental set, one attitude or one task to another, is a relatively ineffective mode of work.” As pointed out by Jersild, the cost of switching between activities or mental sets is, for instance, the reason for Taylor’s model of industrialization and the trend in industry toward specialization. Through specialization, the element of switch is reduced to its minimum because “the cost of shift is loss in efficiency” (Jersild, 1927). However, outside of the factory, switching between multiple tasks is a crucial part of human life and the cost of switching, consequently, impacts our everyday functioning.The main topic of this doctoral dissertation is cognitive flexibility and task switching. The task-switching paradigm requires participants to switch frequently between tasks. Therefore, it measures the capacity of our brain to adapt rapidly according to tasks and goals. Dynamic adaptation according to context and goals is encompassed in cognitive psychology and neurosciences under the term cognitive control. Consequently, the ability to switch between tasks constitutes the part of cognitive control that is needed when the current goal changes and the cognitive system has to adapt. Our experimental contribution aimed at investigating how this task-goal switching can be modulated by factors such as time, language, alertness and expertise. In this introduction, we succinctly review the vast literature about attentional systems, cognitive control and task switching. In the experimental section, we describe the cued match-to-sample task that we developed to investigate task-goal switching and present five experimental studies that address the impact of several factors on task-goal switching. In the general discussion, we summarize our results and consider their implications for cognitive-control and task-switching literatures. / Doctorat en Sciences psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

In this thesis we pitted two views of action selection. On the one hand, a traditional view suggesting that action selection emerges from a sequential process whereby perception, cognition and action proceed serially and are subtended by distinct brain areas. On the other hand, an ecological view (formalized in the affordance competition hypothesis) advocating that action selection stems from the parallel implementation of potential action plans. In parallel, the competition between these action plans would be biased by relevant task factors. We first addressed the issue of the temporal dynamics of action selection processes in Chapter 2. We built a reaching task design that crucially gave equal opportunities for serial and parallel processing of cognitive and motor processes to occur. In our study, we first cued participants with probabilities associated to upcoming potential reaches. After several hundreds of milliseconds, participants were given a deterministic go signal indicating which target to reach for. They had to reach for the signaled target as fast as possible. Importantly, our design tries to cope with the biases involved in previous reaching tasks, allowing for a much more informative way to tackle the issue of serial versus parallel processing in action selection. We show that effects of action probability are not only present in the initiation time (i.e. the time it takes to initiate the movement), but crucially also in the movement time (i.e. the time interval between movement initiation and target reaching). Furthermore, an analysis of the movement trajectories showed that reach probability influenced the trajectories according to the predicted pattern. Thus, these results back up a system where cognitive and motor processes continuously interact with one another to come up with a decision. After clarifying the temporal dynamics, we concentrate our efforts on exposing the neural architecture of processes subtending action selection in Chapter 3. In a two-choice button press task, participants were first cued with predictive information regarding upcoming button presses. Crucially, we experimentally manipulated the amount of information in favor of specific button presses whilst adopting a design as similar as possible to those used in monkey neurophysiology (e.g. Cisek & Kalaska, 2005). Using fMRI, our results showed that as information in favor a button press increases, so does activity in the contralateral primary motor cortex, while activity in the ipsilateral primary motor cortex decreases. Moreover, we observed that primary motor regions are more tightly coupled with fronto-parietal areas in a condition involving a decision compared with a situation not implicating a decision between two button presses. Our results are compatible with an account predicting that decision-making emerges from motor areas, and therefore suggest that the architecture presented in the affordance competition hypothesis is not only valid in monkeys but also humans. In Chapter 4, we combine the findings acquired in the studies of chapter 2 and 3 with recent neurophysiological insights to develop a neuro-computational model capable of grasping the continuous interaction between cognitive and motor processes, responsible for the behavioral pattern in reach selection tasks. Our model functions on the principles of cascade forward models whereby activation at one stage of processing systematically spills to the next one, thereby substantially blurring the boundaries between perceptive, cognitive and motor processes. Contrary to most computational models confining action selection processes prior to action execution, our model allows for these processes to leak into action execution. Moreover, the threshold for action execution is not fixed, but rather dynamic and crucially depends on the activity pattern of the model’s primary motor neurons. We propose that the modification of the threshold is governed by the subthalamic nucleus, receiving direct input signals from the primary motor cortex and in turn imposing a dynamical brake on action execution. By including this dynamical threshold, our model has the advantage that it can release movement execution either rapidly or slowly depending on the context. Our model accounts not only for initiation times, but also movement times in reaching task studies. Furthermore, it can grasp the qualitative pattern of movement trajectories. This study suggests that to explain unfolding actions a classical fixed threshold is not sufficient, but rather an execution threshold level that is continuously being updated depending on the context is required. / Doctorat en Sciences psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished