Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

« - Comment apprécions-nous la complexité du monde qui nous entoure ?- En bougeant nos yeux !- Pourquoi ?- Parce qu’une perception visuelle efficace (avec une acuité maximale !) nécessite de placer l’image des éléments pertinents du champ visuel au niveau d’une petite partie de notre rétine : la fovéa. » Les saccades oculaires sont les mouvements les plus rapides que peut produire notre organisme et sont malgré tout très précises. Le contrôle de ces mouvements représente un défi pour notre cerveau. En effet, ces saccades sont tellement rapides qu’aucune information visuelle ne peut modifier leur trajectoire en cours d’exécution. Mais alors, de quels moyens dispose notre cerveau pour maintenir ces performances tout au long de notre vie? En cas d’imprécision répétée, des mécanismes vont progressivement modifier l’amplitude de nos saccades oculaires afin d’en rétablir la précision. Cette adaptation saccadique repose sur des modifications centrales plastiques. Ce travail de thèse a comme vocation d’élucider les caractéristiques de l’adaptation saccadique chez l’homme. Des approches complémentaires ont permis d’étudier d’une part, l’adaptation des deux grandes catégories de saccades, réactives et volontaires, et d’autre part, l’adaptation en diminution et en augmentation d’amplitude. Nos données permettent de disséquer les mécanismes d’adaptation saccadique dans leur complexité et de mettre en évidence des structures neuronales indispensables à leur mise en place. Notre travail constitue également le support pour le développement de nouvelles procédures de rééducation, basées sur la plasticité oculomotrice. / “- How can we appreciate the complexity of the surrounding word? - By moving our eyes! - Why? - Because an efficient visual perception (with a maximal acuity!) necessitates placing the image of pertinent element from the visual scene at the level of a small part of our retina: the fovea.” Ocular saccades are the fastest movements our organism can produce and they are also highly precise. The control of these movements is a challenge for our brain. Indeed, these saccades are so fast that no visual information can be used during their execution to modify their trajectory. But then, what means does our brain have to maintain these performances all life long? In case of repeated inaccuracies, some mechanisms will progressively modify the amplitude of our ocular saccades in order to restore accuracy. This saccadic adaptation relies on central plastic modifications. The work of this doctorate has the vocation to elucidate the characteristics of saccadic adaptation in Human. Complimentary approaches allowed to study on one side, the adaptation of the two main saccade categories, reactive saccades and voluntary saccades, and on another side, the adaptation decreasing and increasing saccade amplitude. Our data dissects the complexity of mechanisms underlying saccadic adaptation and highlights the neural substrates necessary for these adaptive changes to take place. Our work constitutes also the basis for the development of new rehabilitation procedures, usingoculomotor plasticity.

Durant les dernières décennies, le système moteur a été largement étudié. Pourtant, bien des zones d'incertitudes persistent concernant d'une part la nature des circuits neuronaux de haut niveau impliqués dans l'émergence des sentiments d'intention ou de conscience motrice et d'autre part l'organisation des structures cérébrales de bas-niveau impliquées dans l'expression de ces sentiments. Il a été suggéré que le cortex pariétal et l'aire motrice supplémentaire pourraient jouer un rôle dans la génération des intentions motrices, alors que le cortex prémoteur pourrait plutôt sous-tendre la conscience du geste. Cela étant, les processus exacts implémentés dans chacune de ces régions, la façon dont elles interagissent fonctionnellement et la nature des signaux qu'elles échangent avec les structures sensorimotrices considérées de bas-niveau demeurent méconnus. Il est établi que ces structures bas-niveau, dont le cortex moteur primaire et le cervelet, contiennent des cartes sensorimotrices organisées de manière topographique. Cependant, l'organisation fine de cette topographie et la nature des interactions entre les différentes cartes restent à définir. Dans ce travail de thèse, j'ai utilisé la stimulation électrique directe chez des patients opérés de tumeurs et malformations cérébrales pour explorer la manière dont les multiples représentations motrices sont organisées et pour identifier les régions responsables de l'émergence des sentiments d'intention et de conscience motrice. J'ai alors pu montrer, en particulier, l'existence de cartes motrices multiples au sein des cortex moteur primaire et cérébelleux. Par ailleurs, j'ai pu identifier le rôle critique du cortex pariétal pour l'émergence du sentiment d'intention motrice et -sur la base de processus prédictifs- de la conscience d'agir. Par rapport à ce point, j'ai aussi pu mettre en évidence que le cortex prémoteur était impliqué, à travers un contrôle continu des prédictions pariétales, dans l'émergence d'une conscience d'agir non plus inférée mais véritable / During the last five decades, the motor system has been widely studied. Yet, little is known about the neural substrate of high-level aspects of movement such as intention and awareness and how these functions are related to low-level movement execution processes. It has been suggested that the parietal cortex and supplementary motor area are involved in generating motor intentions, while premotor cortex may play a role in the emergence of motor awareness. However, the precise mechanisms implemented within each of these areas, the way they interact functionally and the nature of the signals conveyed to primary sensory and motor regions is far from being understood. Furthermore, intention and awareness of movement are also influenced by peripheral information coming from the skin, muscles and joints, and this information must be integrated to produce smooth, accurate and coordinated motor actions. Cortical and subcortical structures such as the primary motor cortex and the cerebellum are known to contain motor maps thought to contribute to motor control, learning and plasticity, but the intrinsic organization of these maps and the nature of their reciprocal relations are still unknown. In this thesis I used Direct Electrical Stimulation in patients undergoing brain surgeries to investigate how multiple motor representations are organized and identify the regions responsible for the emergence of conscious motor intention and awareness. I showed, in particular, the existence of multiple efferent maps within the cerebellum and the precentral gyrus. Furthermore, I identified the critical role of the parietal cortex for the emergence of conscious intention and -based on predictive processes- motor awareness. I also provided evidence that the premotor cortex is involved in "checking" parietal estimations, thus leading to a sense of "veridical awareness"

Cette thèse porte sur l'influence d'un jet plan pariétal sur une nappe de retour (backlayering). Cette étude peut être divisée en deux parties : une étude expérimentale et une étude numérique. Les expériences ont permis d'identifier le comportement de la nappe de retour en présence du jet. L'étude numérique débute par une validation du modèle numérique à partir des résultats de l'étude expérimentale. Une étude paramétrique est réalisée afin de déterminer l'influence du jet sur les caractéristiques et la stratification de la nappe de retour. La présence du jet plan pariétal induit une diminution de la longueur de la nappe de retour et une variation de l'épaisseur de la nappe de retour du fait de l'introduction du jet :pour une vitesse débitante fixée, l'augmentation du rapport entre la vitesse d'éjection, du jet et la vitesse débitante induit une augmentation de l'épaisseur de la nappe de retour ; pour un rapport entre la vitesse d'éjection du jet et la vitesse débitante constant, l'augmentation de la vitesse débitante conduit à un affinement de la nappe de retour. La stratification de la nappe de retour est conservée en présence du jet plan pariétal / The aim of this study is to determine the influence of a wall attached plane jet on the backlayering. This study is composed of two parts. The experimental part consists in identifying the behaviour of the backlayering in presence of the jet. The numerical part started with a validation of the numerical model using experimental study results. Then, a parametric study enables to determine the influence of the jet on the backlayering. The presence of the parietal plan jet induces a decrease of the backlayering length. Two main conclusions are achieved for the backlayering thickness change due to the jet : for a constant air flow velocity, the increase of the ratio between jet velocity and air flow velocity induces an increase of the backlayering thickness ; for a constant ratio between jet velocity and air flow velocity, the increase of the air flow velocity leads to an increase of the backlayering thickness. Finally, the backlayering stratification is maintained on the presence of the jet

Le contrôle des écoulements vise à modifier le comportement naturel d’un écoulement fluidique. Dans le domaine des transports, contrôler les phénomènes fluidiques tels que le décollement peut permettre d’économiser du carburant, d’améliorer les performances des véhicules ou encore d’assurer davantage la sécurité des passagers. Dans ce contexte, des capteurs avec de fines résolutions temporelle et spatiale sont requis afin de connaître l’écoulement à contrôler et adapter en temps réel le contrôle. Dans ce travail, l’objectif a été de développer des micro-capteurs de frottement et de pression pour les mesures en écoulements turbulents et le contrôle de décollement. Tout d’abord un micro-capteur calorimétrique a été conçu et réalisé par des techniques de microfabrication pour mesurer simultanément le frottement pariétal et la direction de l’écoulement. Le micro-capteur a ensuite été intégré en paroi d’une soufflerie afin de réaliser son étalonnage statique et dynamique et d’étudier sa sensibilité à la direction de l’écoulement. Troisièmement, le micro-capteur calorimétrique a été utilisé pour caractériser des écoulements décollés. Plusieurs micro-capteurs avec électronique miniaturisée ont été intégrés avec succès dans une maquette de volet et des essais de contrôle actif ont été réalisés. Enfin, la quatrième partie concerne le développement d’un micro-capteur de pression et d’un micro-capteur multi-paramètres réunissant les deux technologies. L’ensemble de ces micro-capteurs ont été caractérisés avec succès et montrent des résultats prometteurs pour caractériser les écoulements turbulents et permettre la mise en place de contrôle d’écoulement en boucle fermée. / Flow control aims at artificially changing the natural behaviour of a flow. In transport industries, controlling fluidic phenomena such as boundary layer separation allows saving fuel and power, improving vehicles performances or insuring passenger’s safety. In this context, sensors with accurate spatial and temporal resolution are required. Such devices enable to estimate the flow to control and allow real-time adaptation of the control. In this work, the objective is to develop wall shear stress and pressure micro-sensors for turbulent flows measurements and flow separation control.Firstly, a calorimetric micro-sensor was designed and realized using micromachining techniques for measuring simultaneously the wall shear stress amplitude and the flow direction. Secondly, the micro-sensor was flush-mounted at the wall of a wind tunnel for static and dynamic calibrations. Thirdly, it was used to characterized separated flows. Several configurations were studied: separation on airfoil profile, separation and reattachment downstream a 2D square rib and the separation on a flap model. Several micro-sensors with embedded electronics were successfully integrated on a flap model and active flow control experiments were performed. Finally, the fourth part of the document concerns the development of a pressure micro-sensor and the development of a multi-parameter micro-sensor combining both technologies.All these micro-sensors have been successfully realized and characterized and demonstrate promising results for measuring turbulent flows and implementing closed loop reactive flow control

The observations made in brain-lesioned patients and the result of functional brain imaging studies converge to the hypothesis that the posterior parietal cortex (PPC) is involved in calculation and number processing. However, if numerical disorders generally result from a left parietal lesion, the results of some brain imaging studies suggest that the right PPC could also play a role in number magnitude processing. In order to clarify this question, we used transcranial magnetic stimulation to induce a virtual lesion of the left or right PPC in healthy subjects while they performed number comparison. Our results show that the integrity of the left PPC is a necessary condition for the precise discrimination required during close number comparison; whereas the comparison of far numbers can be performed by either hemisphere as suggested by the fact that this task is affected only by the simultaneous virtual lesion of both hemispheres. In order to better identify which processes underlie the numerical competence of the PPC, we then studied the possible interactions between number processing and visuo-motor functions. Indeed, a meta-analysis performed on functional imaging data revealed that number processing depends on parietal regions, but also on certain premotor areas, which are very close to those involved in the control of finger movements. In a first series of experiments, we thus observed an excitability increase in motor circuits during the enumeration of dots presented on a computer screen. Given that the counting task was performed with both hands at rest, this increase was interpreted as reflecting the mental simulation of pointing movements or sequential finger rising as counting goes on. In a second series of experiments, we showed that information related to number magnitude could interfere with the aperture of the finger grip required to grasp an object. These results suggest that the conformation of the hand to object size shares, with the representation of numbers, common processes for magnitude estimate. In conclusion, our thesis supports the hypothesis that our numerical capacities rely, at least partially, on visuo-motor functions involving the PPC; this could explain why the numerical capacities of the left hemisphere, which is dominant for motor activities, are more precise. / Les observations réalisées chez les patients cérébrolésés ainsi que le résultat des études d'imagerie cérébrale fonctionnelle convergent vers l'hypothèse selon laquelle le cortex pariétal postérieur (CPP) est impliqué dans le traitement des nombres et le calcul. Cependant, si les troubles du calcul résultent le plus souvent d'une lésion pariétale gauche, les résultats de certaines études d'imagerie fonctionnelle suggèrent que le CPP droit pourrait également jouer un rôle dans le traitement de la magnitude des nombres. Afin de clarifier cette question, nous avons utilisé la stimulation magnétique transcrânienne pour induire une lésion virtuelle du CPP gauche ou droit chez des sujets sains réalisant une tâche de comparaison de nombres. Nos résultats montrent que l'intégrité du CPP gauche est une condition nécessaire à la discrimination précise requise lors de la comparaison de nombres proches; la comparaison de nombres éloignés peut, quant à elle, être réalisée par l'un ou l'autre hémisphère comme le suggère le fait que cette tâche n'est affectée que par lésion virtuelle simultanée des deux hémisphères. Afin de mieux appréhender les processus sur lesquels s'appuient les compétences numériques du CPP, nous avons ensuite étudié les interactions possibles entre le traitement des nombres et les fonctions visuo-motrices. En effet, une méta-analyse réalisée sur des données d'imagerie fonctionelle a révélé que le traitement des nombres dépend de régions pariétales, mais également de certaines aires prémotrices, proches de celles impliquées dans le contrôle des mouvements des doigts. Dans une première série d'expériences, nous avons ainsi observé une augmentation de l'excitabilité des circuits moteurs lors du comptage de points présentés sur l'écran d'un ordinateur. Etant donné que la tâche de comptage était réalisée avec les mains au repos, cette augmentation a été interprétée comme le reflet d'une simulation mentale de mouvements de pointage ou d'extension séquentielle des doigts pendant le comptage. Dans une deuxième série d'expériences, nous avons montré que l'information relative à la magnitude des nombres pouvait interférer avec l'ouverture de la pince bidigitale requise pour saisir un objet. Ces résultats suggèrent que la conformation de la main adaptée à la taille des objets partage, avec la représentation des nombres, des processus communs d'estimation de la magnitude. En conclusion, notre travail supporte l'hypothèse selon laquelle nos capacités numériques pourraient, en partie du moins, reposer sur des fonctions visuo-motrices impliquant le CPP ; ceci pourrait expliquer pourquoi les capacités numériques de l'hémisphère gauche, dominant pour les activités motrices, sont plus précises.

The observations made in brain-lesioned patients and the result of functional brain imaging studies converge to the hypothesis that the posterior parietal cortex (PPC) is involved in calculation and number processing. However, if numerical disorders generally result from a left parietal lesion, the results of some brain imaging studies suggest that the right PPC could also play a role in number magnitude processing. In order to clarify this question, we used transcranial magnetic stimulation to induce a virtual lesion of the left or right PPC in healthy subjects while they performed number comparison. Our results show that the integrity of the left PPC is a necessary condition for the precise discrimination required during close number comparison; whereas the comparison of far numbers can be performed by either hemisphere as suggested by the fact that this task is affected only by the simultaneous virtual lesion of both hemispheres. In order to better identify which processes underlie the numerical competence of the PPC, we then studied the possible interactions between number processing and visuo-motor functions. Indeed, a meta-analysis performed on functional imaging data revealed that number processing depends on parietal regions, but also on certain premotor areas, which are very close to those involved in the control of finger movements. In a first series of experiments, we thus observed an excitability increase in motor circuits during the enumeration of dots presented on a computer screen. Given that the counting task was performed with both hands at rest, this increase was interpreted as reflecting the mental simulation of pointing movements or sequential finger rising as counting goes on. In a second series of experiments, we showed that information related to number magnitude could interfere with the aperture of the finger grip required to grasp an object. These results suggest that the conformation of the hand to object size shares, with the representation of numbers, common processes for magnitude estimate. In conclusion, our thesis supports the hypothesis that our numerical capacities rely, at least partially, on visuo-motor functions involving the PPC; this could explain why the numerical capacities of the left hemisphere, which is dominant for motor activities, are more precise. / Les observations réalisées chez les patients cérébrolésés ainsi que le résultat des études d'imagerie cérébrale fonctionnelle convergent vers l'hypothèse selon laquelle le cortex pariétal postérieur (CPP) est impliqué dans le traitement des nombres et le calcul. Cependant, si les troubles du calcul résultent le plus souvent d'une lésion pariétale gauche, les résultats de certaines études d'imagerie fonctionnelle suggèrent que le CPP droit pourrait également jouer un rôle dans le traitement de la magnitude des nombres. Afin de clarifier cette question, nous avons utilisé la stimulation magnétique transcrânienne pour induire une lésion virtuelle du CPP gauche ou droit chez des sujets sains réalisant une tâche de comparaison de nombres. Nos résultats montrent que l'intégrité du CPP gauche est une condition nécessaire à la discrimination précise requise lors de la comparaison de nombres proches; la comparaison de nombres éloignés peut, quant à elle, être réalisée par l'un ou l'autre hémisphère comme le suggère le fait que cette tâche n'est affectée que par lésion virtuelle simultanée des deux hémisphères. Afin de mieux appréhender les processus sur lesquels s'appuient les compétences numériques du CPP, nous avons ensuite étudié les interactions possibles entre le traitement des nombres et les fonctions visuo-motrices. En effet, une méta-analyse réalisée sur des données d'imagerie fonctionelle a révélé que le traitement des nombres dépend de régions pariétales, mais également de certaines aires prémotrices, proches de celles impliquées dans le contrôle des mouvements des doigts. Dans une première série d'expériences, nous avons ainsi observé une augmentation de l'excitabilité des circuits moteurs lors du comptage de points présentés sur l'écran d'un ordinateur. Etant donné que la tâche de comptage était réalisée avec les mains au repos, cette augmentation a été interprétée comme le reflet d'une simulation mentale de mouvements de pointage ou d'extension séquentielle des doigts pendant le comptage. Dans une deuxième série d'expériences, nous avons montré que l'information relative à la magnitude des nombres pouvait interférer avec l'ouverture de la pince bidigitale requise pour saisir un objet. Ces résultats suggèrent que la conformation de la main adaptée à la taille des objets partage, avec la représentation des nombres, des processus communs d'estimation de la magnitude. En conclusion, notre travail supporte l'hypothèse selon laquelle nos capacités numériques pourraient, en partie du moins, reposer sur des fonctions visuo-motrices impliquant le CPP ; ceci pourrait expliquer pourquoi les capacités numériques de l'hémisphère gauche, dominant pour les activités motrices, sont plus précises.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Tout déplacement du regard dans l'espace 3D se décompose en une composante conjuguée (même direction pour les deux yeux) et une autre disconjuguée (directions opposées). Cette division reflète l'activation de systèmes distincts qui pourtant interagissent. Notre hypothèse est que cette interaction, traditionnellement localisée dans le tronc cérébral, a lieu à de multiples niveaux depuis le cortex et qu'elle est activée pour tous les mouvements oculaires. Au moyen de la stimulation magnétique transcrânienne (TMS), l'interaction est examinée dans l'initiation des combinaisons de saccades et de divergences et dans la coordination binoculaire des saccades. Lors des mouvements combinés, les déclenchements des saccades et de la divergence sont concertés. La TMS du cortex pariétal postérieur (PPC) retarde l'initiation des mouvements imprédictibles mais non des mouvements prédictibles : les mêmes aires, pariétales ou frontales selon la prédictibilité, coordonnent le déclenchement des deux composantes. La lecture est basée sur des séquences automatisées de saccades, dont la coordination est optimisée chez le jeune adulte avec une bonne vision binoculaire. La TMS du PPC perturbe la coordination des saccades isolées et des séquences entières de saccades de lecture. Pour la première fois, nous montrons que la coordination binoculaire est aussi corticale. Les résultats suggèrent une interaction corticale permanente entre les systèmes de saccade et de vergence. La régulation de la coordination au cours de la vie se base sur la plasticité et l'apprentissage de cette interaction. La thèse a des implications cliniques pour la rééducation des personnes avec des troubles de la coordination.

Afin d’effectuer un mouvement de la main, le système nerveux doit mettre en commun des informations issues de plusieurs sens : c’est l’intégration multisensorielle. Le cortex pariétal postérieur est une interface sensorimotrice qui est impliquée dans le processus d’intégration multisensorielle. Si cette région est endommagée, les patients présentent un trouble visuomoteur dénommé ataxie optique qui se caractérise par une difficulté à réaliser des mouvements visuellement guidés de la main. À ce jour, les mécanismes qui sous-tendent l’intégration multisensorielle pour l’action ne sont pas encore totalement connus. Le premier axe de ma thèse consiste à définir, chez les sujets sains, comment les informations visuelles et somatosensorielles sont intégrées pendant la planification d’un mouvement de pointage. Le deuxième axe s’intéresse aux troubles sensorimoteurs associés à l’ataxie optique qui permettent une meilleure compréhension des fonctions du cortex pariétal postérieur dans la planification motrice et le contrôle du mouvement. / To execute reach movements, the central nervous system needs to combine informationfrom different sensory modalities, a process knows as multisensory integration. Theposterior parietal cortex is a sensorimotor interface implicated in multisensory integrationprocesses. Patients with a damage to this region exhibit a visuomotor deficit called opticataxia. Patients with optic ataxia present difficulties in performing hand visually-guidedmovements. To date, the mechanisms underlying multisensory integration are still notfully understood. The first aime of my thesis is to determine how visual and somatosensoryinformation are integrated in healthy participants, during the planning of pointingmovements. I will then focus on the sensorimotor deficits observed in optic ataxia whichenable a better understanding of the functions of the posterior parietal cortex in motorplanning and online control.