On estime que plus de la moitié de population mondiale sait parler au moins deux langues et que 40% de cette population bilingue utilise les deux langues au quotidien. Les psycholinguistes et les neuropsycholinguistes se sont rapidement intéressés au fonctionnement du cerveau bilingue et à la façon dont deux langues pouvaient partager un seul cerveau. Ainsi, de nombreuses recherches ont porté sur la représentation de plusieurs langues dans le cerveau ainsi que sur les mécanismes permettant de passer d’une langue à l’autre, mais aussi sur la période développementale sensible à l’apprentissage des langues.Dans ce travail, nous nous sommes intéressés au rôle de l’âge d’acquisition et du niveau de compétence des deux langues sur a) la représentation des substrats cérébraux, b) la plasticité cérébrale et c) la capacité d’alterner entre les deux langues. Pour cela nous comparons des locuteurs bilingues précoces -qui ont appris les deux langues avant 3 ans- et des locuteurs bilingues tardifs -qui ont appris la deuxième langue après 10 ans- tous ayant atteint un très bon niveau de compétence dans les deux langues. Le niveau langagier et le fonctionnement exécutif des participants ont été mesurés à l’aide de plusieurs tâches linguistiques et non linguistiques. Grâce à la technique d’imagerie par résonances magnétiques fonctionnelles (IRMf), nous avons pu identifier les substrats neuronaux des deux langues pour chacun des groupes, les aires impliquées dans le contrôle des langues ainsi que les changements cérébraux dus à l’apprentissage précoce de deux langues. De manière générale, les résultats montrent que la compétence langagière, plutôt que l’âge d’acquisition, aurait un rôle essentiel sur la représentation des langues. En revanche, l’âge d’acquisition serait déterminant en ce qui concerne la structure cérébrale des certaines aires impliquées dans les processus langagiers. / It is estimated that more than half of the world's population speaks two languages and that 40% of the population uses both languages on a daily basis. Psycholinguists and neuropsycholinguists became interested early in the way in which two languages could share a single brain. They have therefore been interested in the representation of several languages in the bilingual brain, in the sensitive period during which languages are learned and also in the mechanisms that allow bilinguals to switch from one language to another without apparent effort. In this work, we investigated the role of the age of acquisition and proficiency of languages and the influence of two languages a) on the representation of cerebral substrates of two languages, b) on the cerebral plasticity, c) and on the mechanisms of language control. For this purpose, we compare early bilingual speakers, who learned both languages before the age of 3 years, and late bilingual speakers who learned the second language after 10 years, both of whom had a very good level of proficiency in both languages. Participants were assessed in a wide range of linguistic and non-linguistic tasks to measure language level and executive functioning. Using the functional magnetic resonance imaging technique, we were able to identify the neuronal substrates of the two languages for each group and the areas involved in language control, as well as cerebral changes due to the early learning of two languages. In general, the results show that language proficiency, rather than the age of acquisition, has an essential role on the representation of languages, but that the age of acquisition is decisive in regards of cerebral structure of certain areas related to language.

Dans un premier temps, nous avons analysé les conceptions de 275 enseignants tunisiens et identifié en quoi certaines de ces conceptions pourraient être des obstacles aux apprentissages. Une conception anatomisante du cerveau pourrait s'opposer à sa conception en termes de réseaux neuronaux. Mettre le cerveau aux commandes de tout le corps, avec un relent de dualisme corps esprit, empêche de penser son épigenèse et sa construction en fonction de son activité propre ; il en est de même pour une conception d'un déterminisme purement génétique ou purement environnementale de nos comportements. Jusqu'à quel point ces obstacles ne dépendent-ils que d'un manque de connaissances, en particulier sur les réseaux neuronaux et l'épigenèse cérébrale ? Pour répondre à cette question, nous avons analysé les conceptions d'élèves (1an avant le bac) et d'enseignants (inscrits en DEA didactique ou autres) avant et après un enseignement sur l'épigenèse (trois situations d'enseignement, dont une en visioconférence). Les résultats de cette seconde partie de la thèse confirment que ces conceptions peuvent évoluer à la suite d'un enseignement.

Le cortex pariétal postérieur (PPC) est une structure clé de l’intégration sensori-motrice qui forme, avec les structures frontales auxquelles il est connecté, des réseaux pariéto-frontaux aux fonctions spécifiques. Il est ainsi impliqué dans la planification et le contrôle des mouvements de préhension visuo-guidés mais aussi dans le contrôle de l’attention spatiale. L’atteinte fonctionnelle du membre supérieur et la négligence spatiale sont deux conséquences fréquentes et invalidantes après un accident vasculaire cérébral (AVC). Dans ces deux situations, il est démontré que la connectivité cérébrale des réseaux pariéto-frontaux est modifiée au sein de l’hémisphère lésé, mais aussi vers et au sein de l’hémisphère non-lésé. Par ailleurs, ces modifications semblent impliquées dans la genèse et/ou les mécanismes de récupération de la négligence spatiale et de la déficience motrice. Cependant, la spécificité des modifications de connectivité du PPC controlésionnel reste partiellement méconnue, en particulier si on considère les régions fonctionnelles spécialisées qui y ont été identifiées chez le sujet sain. Ces dernières incluent notamment les parties antérieure et postérieure du sillon intra-pariétal (respectivement aIPS et pIPS) et le cortex pariéto-occipital supérieur (SPOC). Les objectifs de ce travail étaient (1) d’étudier les modifications de la connectivité intra- et inter-hémisphérique de ces trois zones chez des patients post-AVC comparativement à un groupe de sujets contrôles sains, (2) de déterminer les liens de la connectivité avec la sévérité des déficiences motrices et visuo-spatiales, et enfin (3) de juger de l’effet de la modulation du PPC sur ces dernières.Dans un premier temps, nous avons mesuré, au repos, la connectivité des réseaux pariétofrontaux au sein de l’hémisphère controlésionnel en utilisant une technique de stimulation magnétique transcrânienne à impulsion double (ppTMS). La deuxième étude s’est intéressée aux aspects fonctionnels (IRM fonctionnelle de repos) et structurels (mesure de la fraction d’anisotropie sur des séquences de diffusion) de la connectivité intra- et inter-hémisphérique du PPC controlésionnel. Nous avons enfin analysé l’effet de la modulation inhibitrice du PPC controlésionnel (rTMS en mode thetaburst continu (cTBS)) sur les paramètres du mouvement de pointage avec le membre supérieur parétique.La première étude a mis en évidence une hyperexcitabilité des connexions pariéto-frontales chez les patients négligents lorsque la stimulation conditionnante concernait le SPOC, ce d’autant plus que la négligence péripersonnelle était sévère. La connectivité aIPS-M1 n’était pas différente entre sujets hémiparétique et contrôles, et le degré de déficience motrice n’était pas lié aux données de connectivité. Le travail d’imagerie a montré que la connectivité fonctionnelle et structurelle du PPC controlésionnel était altérée chez les patients, au sein de l’hémisphère controlésionnel mais aussi vers l’hémisphère lésé, de manière différente selon les sites du PPC. Les données de connectivité fonctionnelle montraient des liens avec la sévérité de la négligence spatiale mais peu avec celle de la déficience motrice. Enfin, l’inhibition du PPC controlésionnel par un protocole de cTBS pourrait améliorer l’excitabilité de M1 du coté lésé et certains paramètres spatiaux et temporels du mouvement de pointage. Les patients post-AVC présentaient donc des modifications étendues de connectivité cérébrale du PPC controlésionnel, à la fois intra- et inter-hémisphériques. Alors que des liens entre connectivité et négligence ont été mis en évidence, il n’existait que peu de relation avec la déficience motrice, probablement parce qu’elle est déterminée par un nombre important d’autres facteurs. Enfin, ce travail ouvre de nouvelles pistes d’évolution des stratégies de modulation par les techniques de stimulation cérébrale non-invasives en post-AVC. / The posterior parietal cortex (PPC) is a key structure for sensorimotor integration. It forms with the frontal areas to which it is connected the parieto-frontal networks that have specialized functions. It is involved in the planning and online control of visually-guided prehension but also in the control of spatial attention. Upper limb impairment and spatial neglect are two frequent and disabling consequences of stroke. In these two deficiencies, it has been shown that cerebral connectivity in the parieto-frontal networks is modified within the lesioned hemisphere, but also towards and within the non-lesioned hemisphere due to an imbalance in the interhemispheric influences between parietal areas. Furthermore, these modifications seem to be involved in the genesis and/or the recovery of spatial neglect and motor deficiency. However, the changes in connectivity remain partly unknown, especially if we consider the different PPC functional areas identified in healthy subjects in the PPC (anterior and posterior parts of the intraparietal sulcus (respectively aIPS and pIPS) and the superior parieto-occipital cortex (SPOC)). The aims of the present work were (1) to study the modifications of intra- and interhemispheric cerebral connectivity of these 3 PPC areas in post-stroke patients vs healthy controls, (2) determine the relationship between connectivity data and the severity of motor and visuo-spatial deficiencies, and (3) study the effect of a modulation of the PPC on these deficiencies.We first assessed the connectivity of parieto-frontal networks within the contralesional hemisphere using a paired-pulse transcranial magnetic stimulation protocol (ppTMS). In a second study, we addressed the functional (resting state fMRI) and structural (fractional anisotropy on diffusion weighted imagery) intra- and interhemispheric connectivity of the contralesional PPC. We finally study the effect of an inhibitory modulation of the contralesional PPC (continuous theta-burst stimulation (cTBS)) on reaching parameters with the paretic upper limb in stroke patients.In the first study, we demonstrated an hyperexcitability of parieto-frontal connections in neglect patients when the conditioning stimulus was applied over the SPOC, especially when peripersonal neglect was severe. Connectivity between the aIPS and M1 was not different between patients and healthy controls and the severity of motor deficiency was not associated with connectivity. The neuroimaging study revealed that functional and structural connectivity from the contralesional PPC was altered in stroke patients, within the contralesional hemisphere but also to the lesioned hemisphere, in different ways depending on the PPC site considered. Functional connectivity showed some relationships with neglect severity but almost not with motor deficiency. Finally, the inhibition of the contralesional PPC lead by a cTBS protocol may increase lesioned M1 excitability and some spatiotemporal parameters of pointing movements.In conclusion, post-stroke patients showed wide modifications of cerebral connectivity of the contralesional PPC, both within the contralesional and toward the lesioned hemisphere. Whereas we identified links between connectivity and neglect severity, relationships were poorer with motor deficiency, certainly since this last is determined by several other factors. Finally, this work puts light on new perspectives of modulation protocols using non-invasive brain stimulation in stroke patients.

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Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Les accidents vasculaires cérébraux (AVC) constituent la 1ère cause de mortalité chez les femmes et la 3ème chez les hommes ainsi que la 1ère cause de dépendance chez les personnes qui survivent puisqu'ils gardent des séquelles neurologiques majeures. Les déficiences sont majoritairement fonctionnelles et seulement 5 à 25 % des patients vont récupérer un membre supérieur fonctionnel. La récupération fonctionnelle spontanée, maximale dans les 3 mois après la survenue de l'AVC est principalement sous-tendue par des mécanismes de plasticité cérébrale. Mécanismes qui peuvent être boostés par les différentes techniques de réhabilitation parmi lesquelles les substances pharmacologiques ou les techniques de stimulation cérébrale qui sont développées. Quantifier les capacités de chaque patient est indispensable pour déterminer les fonctions perdues et ainsi proposer des protocoles de rééducation adéquats. De nombreuses techniques ont démontré ce potentiel d'évaluation. Notamment, l'imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf) d'activation (i.e. lors de la réalisation de tâches motrices) de patients AVC, qui a permis de mieux préciser le décours temporel de la réorganisation cérébrale associée à la récupération motrice et des mesures obtenues en IRMf sont proposées comme facteurs pronostics. L'IRMf au repos est de plus en plus utilisée pour étudier les changements de connectivité cérébrale induits par la lésion ou par une intervention donnée. Les techniques de stimulation cérébrale non invasives (SCNI) dont font parties la Stimulation Magnétique Transcrânienne (TMS) et la Paired Associative Stimulation (PAS), en plus d'être utilisées comme outil de rééducation, sont également utilisées comme outils d'évaluation pour étudier la récupération et l'efficacité de thérapeutiques. De plus, depuis quelques années, de plus en plus d'auteurs recommandent l'utilisation de mesures cinématiques pour une évaluation plus objective et automatique des patients après un AVC. Cette évaluation cinématique qui peut être réalisée grâce-à des robots de rééducation permettrait également de différencier les stratégies mises en place lors de la récupération post-AVC. Afin que les changements mesurés par TMS ou par les outils robotiques puissent correctement révéler cette efficacité, il faut que les paramètres obtenus soient reproductibles, valides et fiables. Ainsi, l'objectif de ma thèse est d'étudier l'efficacité de stratégies thérapeutiques sur la plasticité cérébrale et dans la récupération motrice du membre supérieur après un AVC en parallèle de trouver les mesures adaptées pour évaluer au mieux ces effets. Au travers de données obtenues dans le cadre de six protocoles cliniques impliquant des sujets sains ou des patients AVC, il a été possible de mettre en évidence le potentiel d'un outil de mesure et/ou d'une technique interventionnelle à mesurer voire à stimuler les mécanismes à l'origine de la récupération motrice dans l'AVC. / Stroke is the leading cause of death in women and the 3rd in men, as well as the leading cause of dependency in surviving people because they have major neurological sequelae. The deficiencies are mainly functional and only 5 to 25% of patients will recover a functional upper limb. Spontaneous functional recovery, which is maximal within 3 months after the onset of stroke, is mainly underpinned by brain plasticity mechanisms. Mechanisms that can be boosted by different rehabilitation techniques, including pharmacological substances or brain stimulation techniques that are developed for this purpose. Quantifying the capacities of each patient is essential to determine the lost functions and thus propose appropriate rehabilitation protocols. Many techniques have demonstrated their evaluation potential. In particular, functional magnetic resonance imaging (fMRI) of stroke patients performing a motor task, has made it possible to better define the temporal course of brain reorganization associated with motor recovery. In fact, fMRI measures are proposed as prognostic factors. Resting-state fMRI is increasingly being used to study changes in brain connectivity induced by the lesion or by a given therapeutic intervention. Non-invasive brain stimulation (NIBS) techniques, including Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) and Paired Associative Stimulation (PAS), in addition to being used as a rehabilitation tool, are also used as assessment tools to study the recovery and efficacy of therapies. In addition, in recent years, more and more authors have recommended the use of kinematic measurements for more objective and automatic patient assessment after stroke. This kinematic assessment, which can be carried out using rehabilitation robots, would also make it possible to differentiate the strategies implemented during post-stroke recovery. In order for the changes measured by TMS or robotic tools to correctly reveal this effectiveness, the parameters obtained must be reproducible, valid and reliable. Thus, the objective of my thesis is to study the effectiveness of therapeutic strategies on brain plasticity and in the motor recovery of the upper limb after a stroke in parallel to find the appropriate measures to best evaluate these effects. Through data obtained from six clinical protocols involving healthy subjects or stroke patients, it was possible to highlight the potential of a measurement tool and/or intervention technique to measure or even stimulate the mechanisms underlying motor recovery in stroke.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Après avoir longtemps ignoré le domaine des émotions, la neuropsychologie clinique reconnait aujourd’hui son intrication avec le domaine cognitif et son importance dans le suivi des patients cérébrolésés, chez lesquels des difficultés à reconnaître les émotions perturbent la qualité des échanges interpersonnels et la cognition sociale. Cette thèse porte sur la reconnaissance de cinq émotions de base (joie, peur, colère, tristesse, dégoût) et d’une expression neutre dans deux groupes de patients, avec gliome de bas grade et après accident vasculaire cérébral. L’évaluation recourt à deux modalités non verbales visuelles et auditives et une condition intermodale. Pour mieux comprendre le fonctionnement émotionnel des patients avec gliome, nous avons analysé les compétences émotionnelles de trois d’entre eux. Les résultats de nos recherches objectivent des difficultés modérées de reconnaissance des émotions en modalités visuelle et auditive pour les deux populations avec des déficits plus discrets chez les patients avec gliome de bas grade que chez les patients après accident vasculaire cérébral. Ces résultats confirment la pertinence de la théorie d’organisation hodotopique du cerveau pour les processus émotionnels comme pour les autres domaines cognitifs. Le bénéfice comportemental constaté pour les deux groupes en présentation intermodale ne suffit cependant pas toujours à normaliser les résultats, ce qui implique de probables répercussions quotidiennes. Ce travail souligne l’importance de l’évaluation des émotions non seulement reconnues, mais aussi ressenties, dans le suivi des patients cérébrolésés, notamment ceux qui souffrent de tumeurs d’évolution lente. / Emotional domain was ignored for a long time, but today clinical neuropsychology acknowledges its overlapping with the cognitive domain and its importance in the follow-up of brain-damage patients, where difficulties in emotion recognition reduce the quality of interpersonal interactions and social cognition. The present thesis focuses on the recognition of five basic emotions (happiness, fear, anger, sadness, disgust) and of a neutral expression in two groups of patients with low-grade gliomas and post-stroke. The experimental protocol, which requires visual and auditory non-verbal processing, also includes a crossmodal condition. Three case studies of patients with gliomas allow us to refine our understanding of their emotional functioning. Our results show moderate visual and auditory difficulties in emotion recognition for both groups, with lower deficits in the glioma group than in the post-stroke group. These results confirm the relevance of a hodotopical view of the brain for emotional processes as in other cognitive domains. However, the behavioral benefit of crossmodal presentation observed in both groups is not sufficient to sustain normal results, which is likely to impact daily life. We highlight the necessity of evaluating emotion recognition as well as emotion experience in brain damage patients, in particular when they suffer from slowly infiltrating tumours.

L’étude des réseaux cérébraux en IRM fonctionnelle au repos est de plus en plus utilisée chez les patients victimes d’accidents vasculaires cérébraux. La majorité des études se sont focalisés sur les déficits moteurs, attentionnels ou phasiques. Dans ce travail, nous avons étudié l’impact du handicap global sur la connectivité fonctionnelle de grands réseaux corticaux à la phase subaiguë d’infarctus cérébraux. Ce travail a porté sur 50 patients ayant subi un premier infarctus sus-tentoriel (29 hommes, 22 AIC gauche, 57 ± 14 ans, délai médian après l’AIC = 4.5 semaines) et 75 témoins (27 hommes, 55 ± 15 ans). Sept réseaux de repos ont été étudiés à partir d’une analyse en graine et nous avons distingué pour chacun les connectivités fonctionnelles interhémisphérique, ipsi et contralésionnelle. Les 22 patients sans handicap (mRS = 0/1) avaient une connectivité normale alors qu’une diminution diffuse et bilatérale était observée chez les 28 patients avec handicap, expliquant 22% de la variance. Les analyses post-hoc ont montré que ces différences s’observaient essentiellement entre les patients sans handicap et ceux avec handicap léger et portaient surtout sur le mode par défaut et un réseau exécutif. Nous avons calculé pour chacun un score d’intégrité de la connectivité fonctionnelle permettant de résumer l’ensemble de ces altérations. Cet outil simple permettait de prédire le handicap résiduel avec une spécificité de 91% et une sensibilité de 86%. Nous avons donc observé une diminution diffuse de la connectivité fonctionnelle des réseaux de repos chez les patients ayant un handicap résiduel, alors qu’une connectivité normale marquait un excellent pronostic fonctionnel. / Resting-state functional MRI is increasingly used to investigate brain networks in stroke patients. Most studies focused specifically on motor, attentional and language deficits. Here we have investigated the relationships between global post-stroke disability and functional connectivity of seven major cortical networks in subacute ischemic stroke patients. We have studied 50 patients with first-ever unilateral hemispheric stroke (29 men, 22 left strokes, 57 ± 14 years) with a median post-stroke delay of 4.5 weeks and 75 healthy volunteers (27 men, 55 ± 15 years). Seven cortical networks were characterized with a seed-based approach and for each network we distinguished inter-hemispheric, ipsi- and contra-lesional functional connectivity. The 22 patients without disability (modified Rankin’s scale 0-1) had normal functional connectivity in all networks whereas the 28 disabled patients had widespread and bilateral decreases in functional connectivity explaining 22 % of the variance. Secondary analyses showed that abnormalities mainly differentiate no disability from mild disability and may predominate in default-mode and top-down control networks. We have computed for each subject a functional connectivity index that summarizes all these abnormalities. This simple tool was strongly predictive of residual disability with a specificity of 91% and a sensitivity of 86%. In conclusion, widespread and bilateral alterations in cortical connectivity occur in disabled subacute stroke patients, whereas normal indicate excellent global outcome.