Ce travail de thèse vise à améliorer notre compréhension des mécanismes sous-tendant la perception et la mémorisation des structures sonores complexes. Nous avons étudié les corrélats comportementaux et cérébraux de la perception et de la mémoire auditive pour des notes isolées, des séquences musicales et des séquences de mots, chez des auditeurs typiques et dans l'amusie congénitale, un trouble permanent de la perception de la musique. En utilisant des approches comportementales, nous avons démontré que les déficits des individus amusiques dans la dimension de la hauteur sont liés à des déficits à la fois durant l’encodage des sons courts et dans la rétention à court terme de l'information musicale. En utilisant des mesures neurophysiologiques (IRM, MEG, IRMf) nous avons démontré l’existence d’anomalies anatomiques et fonctionnelles dans le cerveau amusique, principalement dans les cortex frontal et auditif droits. De plus des anomalies fonctionnelles ont été observées à la fois durant l'encodage, la rétention et la reconnaissance de l'information mélodique lors d’une tâche de mémoire à court terme. En revanche, pour le matériel verbal, les participants amusiques recrutaient des régions cérébrales similaires à celles des contrôles, ceci suggérant que des ressources neuronales distinctes sous-tendent la mémoire tonale et verbale. A partir des conclusions de ces trois premières études, nous avons exploré deux approches visant à renforcer les capacités de traitement de la hauteur dans l'amusie: 1) en étudiant si des connaissances implicites du système musical occidental tonal pouvaient améliorer leurs capacités de mémoire à court terme pour les notes, et 2) en explorant si les capacités d’encodage altérées des participants amusiques pouvaient être améliorées par des interactions audio-visuelles. Ces études ont été encourageantes et pourraient guider la conception d'outils de réhabilitation dans ce déficit. Enfin, il convient de souligner que nos recherches contribuent également à améliorer la compréhension des mécanismes sous-tendant le traitement de la musique en général, un domaine de recherche émergeant qui fait le parallèle avec le traitement du langage / The aim of this PhD thesis is to further our understanding about how humans perceive and nmemorize complex sound structures. We investigated the behavioral and cerebral correlates of auditory perception and memory for isolated tones, musical sequences, and verbal material both in typical listeners and in individuals presenting a lifelong disorder of music perception that has been referred to as congenital amusia. Using behavioral approaches, we demonstrated that amusic individuals’ deficits in the pitch dimension are related to impairments both in the encoding of short tones and in the short term retention of pitch information. Using multimodal neuroimaging methods (MRI, MEG, fMRI) we observed anatomical and functional abnormalities in the amusic brain, mostly in the right frontal cortex and in the right auditory cortex. Functional abnormalities were observed at each level of processing in short-term memory tasks, that is for encoding, retention, and retrieval of the melodic information. In contrast, for verbal material, amusic participants recruited similar brain regions as those observed for controls, thus suggesting that separate neural resources support tonal and verbal memory. Based on the conclusions made on these first three studies, we explored two approaches aiming to boost pitch processing abilities in amusia; 1) by investigating whether implicit knowledge of the western tonal musical system could influence their short-term memory abilities, and 2) by exploring whether amusic individuals’ altered encoding of short tones could be improved by audio-visual interactions These investigations were encouraging and provide the first steps toward designing tools of rehabilitation in this musical disorder. To conclude, it is worth underlining that these studies also improve our understanding of music processing in general, which is the subject of an increasing research domain that is often making the parallel to language processing

Thèse de doctorat présenté en vue de l'obtention du doctorat en psychologie - recherche intervention, option neuropsychologie clinique (Ph.D) / Les traumatismes craniocérébraux (TCC) peuvent entraîner de lourdes conséquences physiques, cognitives, émotionnelles et comportementales. Parmi celles-ci, l’agitation est très fréquente et se caractérise par une hyperactivité motrice, une désorientation, des problèmes d'attention, une labilité émotionnelle, une désinhibition et de l’agressivité. Elle interfère avec le rétablissement et les processus de réadaptation, mais il n'existe pas à ce jour de consensus sur son traitement, outre la contention physique ou la prise de médicaments, qui peuvent respectivement causer des blessures ou entraver la récupération. De récentes données suggèrent que les interventions musicales peuvent réduire l’agitation chez les patients TCC mais la capacité des patients TCC à percevoir et traiter la musique pendant la phase aiguë post-blessure n'a pas été établie. Le premier article de cette thèse visait à évaluer la perception musicale chez les patients TCC hospitalisés en phase aiguë. Dans la présente étude, 42 patients ayant subi un TCC ont été comparés à un groupe témoin. Tous les participants ont complété les tests de Scale et Rhythm de la Montreal Battery of Evaluation of Amusia pour mesurer la perception musicale, et le test d’empan numérique pour mesurer la mémoire verbale à court terme. Comparativement au groupe témoin, les patients TCC ont obtenu des performances significativement inférieures; 43% d'entre eux présentaient des déficits de traitement de la hauteur et 40% des déficits de traitement du rythme. Les patients présentant des lésions à l'hémisphère droit ont obtenu des résultats plus faibles que ceux présentant des lésions à l'hémisphère gauche. Les déficits de traitement de la hauteur et du rythme coexistaient dans 31% des cas, ce qui suggère l'existence de réseaux neuronaux partiellement dissociables. Le deuxième article est une revue non systématique dont l’objectif était de caractériser l'agitation et son traitement. Plusieurs types d’interventions comportementales, dont les interventions musicales, ont été explorées dans cette revue. Les limites méthodologiques ont été discutées et des recommandations ont été faites pour une approche plus systématique de la recherche utilisant des études de cas et de séries de cas chez les patients agités. Le troisième article est une étude pilote de phase II dans laquelle sont inclus des patients ayant subi un TCC modéré à sévère (n = 3) ou un accident vasculaire cérébral de l'artère cérébrale moyenne (n = 1). Ils ont été exposés à leurs musiques préférées, de la musique classique relaxante et un extrait sonore non musical (cascade) pendant la phase aiguë de récupération. Les comportements d’agitation ont été évalués à l'aide de l'Échelle d’Agitation (Agitated Behaviour Scale), de mesures actigraphiques et d’une observation qualitative. Les résultats indiquent que l’agitation a diminué lors de l’écoute de la musique classique relaxante et la cascade. L’agitation est restée stable lors de la musique préférée, mais certains patients ont exprimé des émotions positives ou présenté un comportement plus organisé, comme taper du pied ou chanter. Compte tenu des importantes limites méthodologiques dans ce champ d’études, la présente étude a permis d’explorer la faisabilité et l’effet d’une intervention musicale, ce qui permettra de guider les études futures. / Traumatic brain injury (TBI) has serious physical, cognitive, emotional, and behavioural consequences. Agitation is highly prevalent among patients with TBI, and is characterized by motor hyperactivity, disorientation, attention problems, emotional lability, disinhibition, and aggression. It often results in decreased engagement in rehabilitative treatment, and poorer functional outcomes. There is no consensus on the treatment for agitation. Most often, it is managed with medication and physical restraints, which may cause injury or impede cognitive recovery. Few studies examine novel non-pharmacological interventions for agitation in TBI patients. However, recent evidence suggests that music interventions may decrease agitated behavior in TBI patients. The ability of TBI patients to perceive and process music during the acute phase has not been established, though it may influence the efficacy of preferred music interventions. The first article of this thesis evaluated music perception in acutely hospitalized TBI patients. Music perception deficits have been identified in populations with acquired brain injury due to epilepsy, stroke, and after aneurysmal clipping. However, few studies have evaluated deficits following TBI, resulting in an underdiagnosis in this population. Forty-two patients completed the Scale and Rhythm tests of the Montreal Battery for the Evaluation of Amusia to measure music perception, and Digit Span Forward to measure verbal short-term memory. TBI patients were more often impaired than controls, with 43% demonstrating pitch processing deficits, and 40% demonstrating rhythm processing deficits. Patients with right hemisphere damage performed more poorly than those with left hemisphere damage. Pitch and rhythm deficits co-occurred 31% of the time, suggesting partly dissociable neural networks. Results are discussed in the context of current research and clinical implications. The second article was a non-systematic review in which we characterized agitation and its treatment. We explored behavioural interventions, including music interventions, occupational therapy, the Intervention Contingencies Awareness Relationship behavioural model, operant contingency management, and general therapeutic activities. The methodological limitations were discussed and recommendations made for a more systematic approach to research using case and case series studies in agitated patients. The third article was a phase-II development-of-concept pilot study in which four patients with moderate to severe TBI (n = 3), and middle cerebral artery stroke: (n = 1) were exposed to preferred music, relaxing classical music, and a nonmusical control (waterfall) during the acute phase of recovery. Agitated behaviours were assessed using the Agitated Behavior Scale, actigraphy, and qualitative observation. Agitated behaviour decreased during relaxing classical music, and waterfall. It remained stable in the preferred music condition. However, certain patients expressed positive emotions and organized behaviour such as tapping or singing along. Given important methodological limitations in current studies, a phase-II study allowed for the evaluation of outcomes and the practicality of delivering music listening interventions, which may guide future studies.