Chez l’humain, différents protocoles de stimulation magnétique transcrânienne répétée (SMTr) peuvent être utilisés afin de manipuler expérimentalement la plasticité cérébrale au niveau du cortex moteur primaire (M1). Ces techniques ont permis de mieux comprendre le rôle du sommeil dans la régulation de la plasticité cérébrale. Récemment, une étude a montré que lorsqu’une première session de stimulation SMTr au niveau de M1 est suivie d’une nuit de sommeil, l’induction subséquente de la plasticité par une deuxième session SMTr est augmentée. La présente étude a investigué si ce type de métaplasticité pouvait également bénéficier d’une sieste diurne. Quatorze sujets en santé ont reçu deux sessions de intermittent theta burst stimulation (iTBS) connue pour son effet facilitateur sur l’excitabilité corticale. Les sessions de stimulation étaient séparées par une sieste de 90 minutes ou par une période équivalente d’éveil. L’excitabilité corticale était quantifiée en terme d’amplitude des potentiels évoqués moteurs (PEM) mesurés avant et après chaque session de iTBS. Les résultats montrent que la iTBS n’est pas parvenue à augmenter de manière robuste l’amplitude des PEMs lors de la première session de stimulation. Lors de la deuxième session de stimulation, la iTBS a produit des changements plastiques variables et ce peu importe si les sujets ont dormi ou pas. Les effets de la iTBS sur l’excitabilité corticale étaient marqués par une importante variabilité inter et intra-individuelle dont les possibles causes sont discutées. / In humans, various repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) protocols can be used to modulate motor cortical plasticity. These techniques have shed light on the role of sleep in neural plasticity regulation. Recent work has demonstrated that when a night of sleep follows one session of rTMS over the hand motor cortex (M1), the capacity to induce subsequent plasticity by another rTMS session in M1 is enhanced. The present study investigated whether such metaplasticity could also benefit from a day nap. Fourteen healthy participants received two sessions of intermittent theta burst stimulation (iTBS) known for its excitatory effects on cortical excitability over M1 spaced by either a 90-minute nap or an equivalent amount of wake. Motor cortical excitability was measured in terms of amplitude of motor evoked potentials (MEP), which were assessed before iTBS and after the stimulation. Results show that the first iTBS session did not induce significant change in MEP amplitude. The second iTBS session induced variable plastic changes regardless of whether participants slept or stayed awake. The effects of iTBS on motor cortical excitability were highly variable within and between individuals. The possible causes of such variability are discussed.

Il est généralement admis que la vision joue un rôle prépondérant dans la formation des représentations spatiales. Qu’advient-il alors lorsqu’un individu est atteint de cécité? Dans le premier volet de cette thèse, les habiletés spatiales des personnes aveugles ont été examinées à l’aide de différentes tâches et comparées à celles de personnes voyantes effectuant les mêmes tâches avec les yeux bandés. Dans une première étude, les capacités de rotation mentale ont été évaluées à l’aide d’une épreuve d’orientation topographique tactile. Les résultats obtenus montrent que les personnes aveugles parviennent généralement à développer des capacités de rotation mentale similaires à celles de personnes voyantes et ce, malgré l’absence d’information de nature visuelle. Dans une seconde étude, nous avons utilisé différentes tâches spatiales nécessitant l’utilisation de la locomotion. Les résultats obtenus montrent que les personnes aveugles font preuve d’habiletés supérieures à celles de voyants lorsqu’elles doivent apprendre de nouveaux trajets dans un labyrinthe. Elles parviennent également à mieux reconnaître une maquette représentant un environnement exploré précédemment. Ainsi, l’absence de vision ne semble pas entraver de manière significative la formation de concepts spatiaux. Le second volet de cette thèse s’inscrit dans la lignée des études sur la plasticité cérébrale chez les personnes aveugles. Dans le cas présent, nous nous sommes intéressés à l’hippocampe, une structure profonde du lobe temporal dont le rôle au plan spatial a été établi par de nombreuses études animales ainsi que par des études cliniques chez l’humain incluant l’imagerie cérébrale. L’hippocampe joue un rôle particulièrement important dans la navigation spatiale. De plus, des changements structuraux de l’hippocampe ont été documentés en relation avec l’expérience des individus. Par exemple, l’étude de Maguire et al. (2000) a mis en évidence de telles modifications structurelles de l’hippocampe chez des chauffeurs de taxi. À l’instar de ces derniers, les personnes aveugles doivent emmagasiner de nombreuses informations au sujet de leur environnement puisqu’elles ne peuvent bénéficier de la vision pour mettre à jour les informations sur celui-ci, sur leur position dans l’espace et sur la position des objets se trouvant hors de leur portée. Nous avons montré, pour la première fois, une augmentation du volume des hippocampes chez les personnes aveugles en comparaison avec les personnes voyantes. De plus, cette augmentation de volume était positivement corrélée à la performance à une tâche d’apprentissage de trajets. Les résultats présentés dans cette thèse permettent d’appuyer les études antérieures qui soutiennent que les personnes aveugles parviennent à compenser leur déficit et à développer des habiletés spatiales comparables, voire supérieures, à celles de personnes voyantes. Ils permettent également d’apporter un éclairage nouveau sur le concept de plasticité cérébrale présent chez cette population en montrant pour la première fois un lien entre le volume de l’hippocampe et les habiletés spatiales chez les personnes aveugles. / It is well known that the visual modality plays a key role in the development of spatial representations. Hence, one may wonder how complex spatial abilities develop and how the brain is able to adapt in the absence of this modality. In order to answer such questions we investigated the spatial abilities and cerebral plasticity of both early and late blind individuals in comparison to sighted blindfolded individuals. The first experiment was designed to assess mental rotation abilities. A tactile topographical orientation task was used. The results show that blind individuals are able to develop mental rotation abilities similar to those of sighted ones. In the second experiment, we used different spatial tasks requiring the use of locomotion and wayfinding. Results show that blind individuals are better than their sighted counterparts at learning new routes in a maze. They also perform better when having to recognize a small-scale model representing a real-size spatial layout they had previously explored. Thus, the absence of vision does not appear to significantly impede the formation of spatial concepts. The second part of this thesis is in line with studies on brain plasticity in blind individuals. We measured morphological changes in the hippocampus, a medial structure of the temporal lobe. Animal lesion-based and human brain imaging studies have shown that the hippocampus plays an important role in the processing of spatial information and in spatial navigation. Furthermore, structural changes in the hippocampus have been documented in relation to the ‘spatial’ experience of individuals. For instance, Maguire and colleagues (2000) have shown structural differences in the hippocampus of well-trained taxi drivers in comparison to individuals without extensive spatial training. Like taxi drivers, blind individuals require extensive storage of information regarding their environment. This is essentially because they cannot rely on visual cues to create a representation of the spatial organization of their environment, nor can they continuously visually update their position in space and the spatial coordinates of objects outside of their reach. Here we show for the first time an increase in the volume of the hippocampus in blind compared to sighted individuals. Moreover, this increase in hippocampal volume was positively correlated with performance on the route-learning task described above. Overall, the results not only support previous findings showing that blind individuals can develop spatial abilities similar or superior to those of sighted individuals, but also shed light on the concept of brain plasticity by showing for the fist time a correlation between hippocampal volume and spatial abilities in the blind.

Chez l’humain, différents protocoles de stimulation magnétique transcrânienne répétée (SMTr) peuvent être utilisés afin de manipuler expérimentalement la plasticité cérébrale au niveau du cortex moteur primaire (M1). Ces techniques ont permis de mieux comprendre le rôle du sommeil dans la régulation de la plasticité cérébrale. Récemment, une étude a montré que lorsqu’une première session de stimulation SMTr au niveau de M1 est suivie d’une nuit de sommeil, l’induction subséquente de la plasticité par une deuxième session SMTr est augmentée. La présente étude a investigué si ce type de métaplasticité pouvait également bénéficier d’une sieste diurne. Quatorze sujets en santé ont reçu deux sessions de intermittent theta burst stimulation (iTBS) connue pour son effet facilitateur sur l’excitabilité corticale. Les sessions de stimulation étaient séparées par une sieste de 90 minutes ou par une période équivalente d’éveil. L’excitabilité corticale était quantifiée en terme d’amplitude des potentiels évoqués moteurs (PEM) mesurés avant et après chaque session de iTBS. Les résultats montrent que la iTBS n’est pas parvenue à augmenter de manière robuste l’amplitude des PEMs lors de la première session de stimulation. Lors de la deuxième session de stimulation, la iTBS a produit des changements plastiques variables et ce peu importe si les sujets ont dormi ou pas. Les effets de la iTBS sur l’excitabilité corticale étaient marqués par une importante variabilité inter et intra-individuelle dont les possibles causes sont discutées. / In humans, various repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) protocols can be used to modulate motor cortical plasticity. These techniques have shed light on the role of sleep in neural plasticity regulation. Recent work has demonstrated that when a night of sleep follows one session of rTMS over the hand motor cortex (M1), the capacity to induce subsequent plasticity by another rTMS session in M1 is enhanced. The present study investigated whether such metaplasticity could also benefit from a day nap. Fourteen healthy participants received two sessions of intermittent theta burst stimulation (iTBS) known for its excitatory effects on cortical excitability over M1 spaced by either a 90-minute nap or an equivalent amount of wake. Motor cortical excitability was measured in terms of amplitude of motor evoked potentials (MEP), which were assessed before iTBS and after the stimulation. Results show that the first iTBS session did not induce significant change in MEP amplitude. The second iTBS session induced variable plastic changes regardless of whether participants slept or stayed awake. The effects of iTBS on motor cortical excitability were highly variable within and between individuals. The possible causes of such variability are discussed.

La compréhension du discours, et son évolution au cours du vieillissement, constitue un sujet d’une grande importance par sa complexité et sa place dans la préservation de la qualité de vie des aînés. Les objectifs de cette thèse étaient d’évaluer l’influence du vieillissement et du niveau de scolarité sur les capacités de compréhension du discours et sur l’activité cérébrale s’y rattachant. Pour ce faire, trois groupes (jeunes adultes ayant un niveau universitaire de scolarité, personnes âgées ayant un niveau universitaire de scolarité et personnes âgées ayant un niveau secondaire de scolarité) ont réalisé une tâche où ils devaient lire de courtes histoires, puis estimer la véracité d’une affirmation concernant cette histoire. Les capacités de compréhension correspondant aux traitements de trois niveaux du modèle de construction-intégration de Kintsch (la microstructure, la macrostructure et le modèle de situation) ont été évaluées. L’imagerie optique (NIRS) a permis d’estimer les variations d’oxyhémoglobine (HbO) et de déoxyhémoglobine (HbR) tout au long de la tâche. Les résultats ont démontré que les personnes âgées étaient aussi aptes que les plus jeunes pour rappeler la macrostructure (essentiel du texte), mais qu’ils avaient plus de difficulté à rappeler la microstructure (détails) et le modèle de situation (inférence et intégration) suite à la lecture de courts textes. Lors de la lecture, les participants plus âgés ont également montré une plus grande activité cérébrale dans le cortex préfrontal dorsolatéral gauche, ce qui pourrait être un mécanisme de compensation tel que décrit dans le modèle CRUNCH. Aucune différence significative n’a été observée lors de la comparaison des participants âgés ayant un niveau universitaire de scolarité et ceux ayant un niveau secondaire, tant au niveau des capacités de compréhension que de l’activité cérébrale s’y rattachant. Les deux groupes ont cependant des habitudes de vie stimulant la cognition, entre autres, de bonnes habitudes de lecture. Ainsi, ces habitudes semblent avoir une plus grande influence que l’éducation sur les performances en compréhension et sur l’activité cérébrale sous-jacente. Il se pourrait donc que l’éducation influence la cognition en promouvant des habitudes favorisant les activités cognitives, et que ce soit ces habitudes qui aient en bout ligne un réel impact sur le vieillissement cognitif. / Discourse comprehension, and its evolution through aging, is a subject of importance by its complexity and its place in the preservation of life’s quality. The objectives of this thesis were to evaluate the influence of aging and level of education on discourse comprehension capacities and their related underlying brain activity. To achieve this, three groups (young adults with a university education, elderly adults with a university education and elderly adults with a high school education) carried out a task where they read short stories and answered probes about those stories. Discourse comprehension capacities were evaluated through three processing levels of the Kintsch’s construction-integration model (microstructure, macrostructure and situation model). Using NIRS, the variation of oxyhemoglobin (HbO) and deoxyhemoglobin (HbR) concentrations was estimated through the task. Results indicated that elderly adults were as capable as younger adults to recall the macrostructure (gist of the text), but that they had more difficulties to recall microstructure (details) and the situation model (inference and integration) after reading short texts. While reading, elderly adults also showed greater brain activity in the left dorsolateral prefrontal cortex which could be a compensatory mechanism similar to the one described in the CRUNCH model. No significant difference was observed between participants having a university education and those having a high school education on discourse comprehension capacities and the underlying brain activity. Nevertheless, the two groups had maintained cognitively stimulating life habits, particularly great reading habits. Thus, those habits seem to have a greater influence than education on the performance in comprehension and on the underlying brain activity. Maybe higher education promotes more cognitive habits, and ultimately, it is those habits that seem to have a real impact on cognitive aging.

Il est généralement admis que la vision joue un rôle prépondérant dans la formation des représentations spatiales. Qu’advient-il alors lorsqu’un individu est atteint de cécité? Dans le premier volet de cette thèse, les habiletés spatiales des personnes aveugles ont été examinées à l’aide de différentes tâches et comparées à celles de personnes voyantes effectuant les mêmes tâches avec les yeux bandés. Dans une première étude, les capacités de rotation mentale ont été évaluées à l’aide d’une épreuve d’orientation topographique tactile. Les résultats obtenus montrent que les personnes aveugles parviennent généralement à développer des capacités de rotation mentale similaires à celles de personnes voyantes et ce, malgré l’absence d’information de nature visuelle. Dans une seconde étude, nous avons utilisé différentes tâches spatiales nécessitant l’utilisation de la locomotion. Les résultats obtenus montrent que les personnes aveugles font preuve d’habiletés supérieures à celles de voyants lorsqu’elles doivent apprendre de nouveaux trajets dans un labyrinthe. Elles parviennent également à mieux reconnaître une maquette représentant un environnement exploré précédemment. Ainsi, l’absence de vision ne semble pas entraver de manière significative la formation de concepts spatiaux. Le second volet de cette thèse s’inscrit dans la lignée des études sur la plasticité cérébrale chez les personnes aveugles. Dans le cas présent, nous nous sommes intéressés à l’hippocampe, une structure profonde du lobe temporal dont le rôle au plan spatial a été établi par de nombreuses études animales ainsi que par des études cliniques chez l’humain incluant l’imagerie cérébrale. L’hippocampe joue un rôle particulièrement important dans la navigation spatiale. De plus, des changements structuraux de l’hippocampe ont été documentés en relation avec l’expérience des individus. Par exemple, l’étude de Maguire et al. (2000) a mis en évidence de telles modifications structurelles de l’hippocampe chez des chauffeurs de taxi. À l’instar de ces derniers, les personnes aveugles doivent emmagasiner de nombreuses informations au sujet de leur environnement puisqu’elles ne peuvent bénéficier de la vision pour mettre à jour les informations sur celui-ci, sur leur position dans l’espace et sur la position des objets se trouvant hors de leur portée. Nous avons montré, pour la première fois, une augmentation du volume des hippocampes chez les personnes aveugles en comparaison avec les personnes voyantes. De plus, cette augmentation de volume était positivement corrélée à la performance à une tâche d’apprentissage de trajets. Les résultats présentés dans cette thèse permettent d’appuyer les études antérieures qui soutiennent que les personnes aveugles parviennent à compenser leur déficit et à développer des habiletés spatiales comparables, voire supérieures, à celles de personnes voyantes. Ils permettent également d’apporter un éclairage nouveau sur le concept de plasticité cérébrale présent chez cette population en montrant pour la première fois un lien entre le volume de l’hippocampe et les habiletés spatiales chez les personnes aveugles. / It is well known that the visual modality plays a key role in the development of spatial representations. Hence, one may wonder how complex spatial abilities develop and how the brain is able to adapt in the absence of this modality. In order to answer such questions we investigated the spatial abilities and cerebral plasticity of both early and late blind individuals in comparison to sighted blindfolded individuals. The first experiment was designed to assess mental rotation abilities. A tactile topographical orientation task was used. The results show that blind individuals are able to develop mental rotation abilities similar to those of sighted ones. In the second experiment, we used different spatial tasks requiring the use of locomotion and wayfinding. Results show that blind individuals are better than their sighted counterparts at learning new routes in a maze. They also perform better when having to recognize a small-scale model representing a real-size spatial layout they had previously explored. Thus, the absence of vision does not appear to significantly impede the formation of spatial concepts. The second part of this thesis is in line with studies on brain plasticity in blind individuals. We measured morphological changes in the hippocampus, a medial structure of the temporal lobe. Animal lesion-based and human brain imaging studies have shown that the hippocampus plays an important role in the processing of spatial information and in spatial navigation. Furthermore, structural changes in the hippocampus have been documented in relation to the ‘spatial’ experience of individuals. For instance, Maguire and colleagues (2000) have shown structural differences in the hippocampus of well-trained taxi drivers in comparison to individuals without extensive spatial training. Like taxi drivers, blind individuals require extensive storage of information regarding their environment. This is essentially because they cannot rely on visual cues to create a representation of the spatial organization of their environment, nor can they continuously visually update their position in space and the spatial coordinates of objects outside of their reach. Here we show for the first time an increase in the volume of the hippocampus in blind compared to sighted individuals. Moreover, this increase in hippocampal volume was positively correlated with performance on the route-learning task described above. Overall, the results not only support previous findings showing that blind individuals can develop spatial abilities similar or superior to those of sighted individuals, but also shed light on the concept of brain plasticity by showing for the fist time a correlation between hippocampal volume and spatial abilities in the blind.

Le vieillissement normal est souvent associé à des changements cognitifs négatifs, notamment sur les performances cognitives. Cependant, des changements comportementaux et cérébraux positifs ont aussi été observés. Ces modifications indiquent l’existence d’une plasticité cérébrale dans le vieillissement normal. Ainsi, plusieurs facteurs ont été étudiés afin de mieux connaitre les modulateurs de cette plasticité dite positive. La plupart des études évaluant ce phénomène ont utilisé la technique d’imagerie par résonance magnétique alors que la technique des potentiels évoqués a été beaucoup moins utilisée. Cette technique est basée sur les enregistrements de l’activité électrique cérébrale très sensible aux changements anatomiques associés au vieillissement et permet donc d’observer de manière précise les variations du décours temporel des ondes éléctrophysiologiques lors du traitement des informations. Les travaux de cette thèse visent à étudier les modifications de plasticité cérébrale induites par des facteurs protecteurs/préventifs du vieillissement normal et notamment lors de la réalisation de tâches impliquant le contrôle attentionnel, grâce à l’analyse de signaux électroencéphalographiques en potentiels évoqués. Dans un premier temps, une description de l’analyse des données EEG en potentiels évoqués sera fournie, suivie d’une revue de littérature sur le contrôle attentionnel et les facteurs de plasticité dans le vieillissement normal (Chapitre 1). Cette revue de littérature mettra en avant, d’une part la diminution des capacités de contrôle de l’attention dans le vieillissement et d’autre part, les facteurs protecteurs du vieillissement ainsi que la plasticité cérébrale qui leur est associée. Ces facteurs sont connus pour avoir un effet positif sur le déficit lié à l’âge. La première étude de ce projet (Chapitre 2) vise à définir l’effet d’un facteur de réserve cognitive, le niveau d’éducation, sur les composantes des potentiels évoqués chez les personnes âgées. Cette étude mettra en avant une composante des potentiels évoqués, la P200, comme indice de plasticité lorsqu’elle est liée au niveau d’éducation. Cet effet sera observé sur deux tâches expérimentales faisant intervenir des processus de contrôle attentionnel. De plus, une différence d’épaisseur corticale sera observée : les personnes âgées ayant un plus haut niveau d’éducation ont un cortex cingulaire antérieur plus épais. La deuxième étude (Chapitre 3) cherche à déterminer, chez les personnes âgées, les modifications comportementales et en potentiels évoqués induites par trois entraînements cognitifs, entrainements visant l’amélioration de processus attentionnels différents : l’attention focalisée, l’attention divisée, ainsi que la modulation de l’attention. Au niveau comportemental, les entraînements induisent tous une amélioration des performances. Cependant, l’entraînement en modulation de l’attention est le seul à induire une amélioration du contrôle attentionnel. Les résultats éléctrophysiologiques indiquent la N200 comme composante sensible à la plasticité cérébrale à la suite d’entraînements cognitifs. L’entraînement en modulation de l’attention est le seul à induire une modification de cette composante dans toutes les conditions des tests. Les résultats de ces études suggèrent que les facteurs protecteurs du vieillissement permettent des changements positifs observés en potentiels évoqués. En effet, nous mettons en évidence des phénomènes de plasticité cérébrale des personnes âgées qui diffèrent selon leurs origines. L’impact de ces résultats ainsi que les limites et perspectives futures seront présentés en fin de thèse (Chapitre 4). / Normal aging usually has a negative connotation for cognitive functioning. However, positive changes have been reported in the literature concerning the elderly. Indeed positive plasticity associated with protective factors has been found to have an impact on cognition. This plasticity was observed using magnetic resonance imaging which gives precise information concerning the localization of cerebral activations, but event-related potentials have not been used to evaluate this plasticity. Certain factors have been found to induce positive changes in the elderly; cognitive reserve factors, such as education, have been found to protect against deleterious effects of aging. Additionally, training programs aiming to improve various cognitive processes, such as attentional control, have been described to increase performance in the elderly and to induce changes in cerebral activity. The following thesis describes two studies that use event-related potentials (ERP) in which we evaluate the impact of education and attentional control training on cerebral plasticity in normal aging. Based on a literature review, Chapter 1 will describe ERP techniques, attentional control in aging as well as the different protective factors in aging and their impact on plasticity. This literature review will also highlight the lack of studies using the ERP technique. To address this dearth, chapter 2 will present a study that uses ERP to evaluate the effect of educational level on cerebral plasticity in aging populations. This reserve factor was studied using two tasks involving attentional control while recording ERPs to define the plasticity associated with it. Results indicate that the P200 component of event-related potentials serves as an index of plasticity, when this plasticity is related to the level of education. Additionally, cortical thickness analyses show a thicker anterior cingulate cortex with higher education. Chapter 3 examines the impact of three attentional training formats: focused attention, divided attention and attentional modulation formats. These formats have been reported to improve performance in the elderly in different attentional processes. Before and after being assigned to one of the training formats, participants underwent an EEG recording while performing an attentional control task. Behaviorally, all groups improved, but only attentional modulation training induces changes in attentional control. Event-related potentials reveal the N200, as an index of plasticity associated with cognitive training. Changes in the N200 component after training were shown in all testing conditions only for the group having received attentional modulation training. Results confirm that positive plasticity exists in aging and that some ERP components can serve as indexes of plasticity. However, this index differs depending upon factors responsible for the plasticity. Chapter 4 discusses the impact and limitations of the findings, as well as future areas of research.

La douleur chronique est l’un des problèmes les plus complexes auxquels sont confrontées la médecine et les neurosciences. Au fil des siècles, il a été un casse-tête et reste encore un défi pour la recherche étant donné la complexité de sa nature. Parmi la quantité considérable de douleurs chroniques existantes, la douleur du membre fantôme est l’une de plus difficiles à traiter. Les études récentes montrent que les changements corticaux majeurs qui apparaissent après une amputation sont la conséquence de la douleur chronique fantôme. Je soutiens que la cause principale de la douleur fantôme est la non-acceptation de la perte d’une partie du corps, autrement dit, que la douleur mentale provoquée par la transformation de l’image de soi devient une douleur chronique physique, et que c’est l’esprit qui contrôle les réseaux cérébraux : bien qu’il émerge du cerveau, l’esprit arrive à le modifier du fait d’influences exogènes. L’analyse des études que j’ai réalisée pour tester mon hypothèse, m’a permis de constater que la perception douloureuse dépend de diverses influences externes qui sont indépendantes de l'entrée (signal) nociceptive. Je conclus que la plasticité corticale mise en évidence lors de l'expérience douloureuse chronique ne dépend pas seulement de l'action et de l'interaction entre les réseaux neuronaux dynamiques, mais aussi de la communication entre ces réseaux neuronaux (système endogène) et les réseaux environnementaux (système exogène), ces derniers étant capables de moduler la perception de la douleur. Je souligne donc l’importance de la reconnaissance du caractère mental de la douleur chronique et le besoin d’analyser sa dimension émotionnelle afin de la moduler. / Chronic pain is one of the most complex problems facing medicine and neuroscience. Over the centuries, it has been a puzzle and remains a research challenge given the complexity of its nature. Among the large number of existing different kinds of chronic pain, phantom limb pain is one of the most difficult to treat. Recent studies show that major cortical changes that appear after amputation are the result of chronic phantom limb pain. I argue that the main cause of phantom limb pain is the non-acceptance of the loss of a part of the body, that is to say, that the mental pain caused by the transformation of the self-image becomes a chronic physical pain. It is the mind that controls the cérébral networks : even if it emerges from the brain, the mind manages to modify it as a consequence of external influences. The analysis of the studies I performed to test my hypothesis, allowed me to confirm that the perception of pain depends on various external influences that are independent of the nociceptive signals. I conclude that the cortical plasticity highlighted during chronic painful experience does not only depend on the action and interaction between dynamic neural networks, but also on the communication between these neural networks (endogenous system) and environmental networks (exogenous system). These latter networks are capable of modulating the perception of pain. I therefore emphasize the importance of recognizing the mental nature of chronic pain and the need to analyze the emotional dimensions which modulate it.

L’objet de ce travail est de mieux comprendre les modifications cognitives et cérébrales liées à la sclérose en plaques (SEP) et les facteurs pouvant les affecter afin de contribuer à améliorer la prise en charge cognitive des personnes vivant avec une SEP. Nous avons orienté nos travaux selon 2 axes. Le premier visait à optimiser les évaluations cognitives. Nous avons montré une diminution de la qualité de vie (QdV) liée à l’atteinte cognitive et à son retentissement sur le statut professionnel, ainsi que l’intérêt d’utiliser l’Echelle d’Humeur Dépressive version auto-questionnaire que nous avons validée et dont la dimension « perte de contrôle émotionnel » était particulièrement associée à la QdV. Nous avons aussi élaboré des tâches « écologiques » en environnement virtuel et montré leur potentiel à évaluer plusieurs composantes cognitives, voire leurs interactions, suggérant leur intérêt pour évaluer l’impact des troubles cognitifs dans les activités quotidiennes. Le second, pour lequel nous avons présenté les bases théoriques, la méthodologie et les résultats préliminaires, consistait à améliorer la prise en charge cognitive grâce à son évaluation et à la réhabilitation (étude REACTIV, en cours). Nous avons créé des paradigmes en IRMf et un programme de réhabilitation spécifique visant à guider les phénomènes de plasticité cérébrale afin d’optimiser le transfert des acquis dans la vie quotidienne et améliorer la QdV. Lors des résultats préliminaires, nous avons identifié en imagerie multimodale des mesures IRM de deux structures prédictives de la progression de certaines performances cognitives au cours de nos thérapies : le thalamus et le corps calleux. / The purpose of this work is to better understand the cognitive and brain changes associated with multiple sclerosis and the influencing factors to help improve cognitive support for people living with MS. We organized our work according to two axes. The first one was to optimize cognitive assessments. We have shown i) a decrease in quality of life (QoL) linked to cognitive impairment and its impact on the professional status and ii) interest in the use of Depressed Mood Scale self-questionnaire that we validated and whose lack of emotional control dimension was particularly associated with QoL. We also developed ecological tasks in virtual environment and showed their potential to evaluate several cognitive components or their interactions, suggesting an interest in evaluating the functional impact of cognitive impairment in daily activities of PwMS. The second, for which we presented the theoretical basis, methodology and preliminary results, was to improve cognitive care through its assessment and rehabilitation (REACTIV study in progress). We created fMRI paradigms and a specific rehabilitation program to guide brain plasticity phenomena in order to optimize the transfer of training in daily life and improve QoL. Preliminary results in multimodal imaging revealed MRI measures of two structures, the thalamus and the corpus callosum, which would be predictive of progression of certain cognitive performance during our therapies.

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.

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