Les techniques de monitorage per-opératoire par potentiels évoqués auditifs du tronc cérébral (PEAop) sont utiles pour la chirurgie de l'angle ponto-cérébelleux et visent à augmenter la préservation del'audition. Le monitorage auditif informe le chirurgien des modifications de la fonction auditive, mais les techniques existantes ont leurs limites, et de nouvelles méthodes doivent être inventées. Dans ce but, un nouveau système compact de PEAop a été conçu qui donne une information en temps réel (moins de 10 sec) sur la fonction auditive. Un algorithme original de réjection d'artéfact et une analyse par transformée de Fourier ont été développés. Les tests cliniques ont porté sur 23 patients. Les résultats indiquent que notre technique a des avantages significatifs par rapport aux autres méthodes de monitorage, bien qu'aucune différence statistiquement significative dans le taux de préservation auditive n'ait pu être rapporté. Pour augmenter l'efficacité du monitorage auditif per-opératoire, des enregistrements par potentiels directs sur nerfs seront associés aux PEAop. Dans ce but, nous avons mis au point une micro-électrode flexible à haute résolution spatio-temporelle pour réaliser des enregistrements directs. Des tests sur modèle animal par enregistrement multi-sites des aires auditives corticales, en réponse à une stimulation acoustique ou électrique au niveau du noyau cochléaire, ont prouvé la faisabilité de la technique. L'utilisation de micro-électrodes souples devrait permettre une meilleure compréhension du codage du signal le long des voies auditives, et conduire à de nouvelles applications pour le système auditif chez l'homme.

Les commotions cérébrales d’origine sportive sont fréquentes chez les athlètes professionnels et semblent l’être tout autant chez les jeunes sportifs. Chez l’adulte, les symptômes se résorbent dans la majorité des cas assez rapidement (7-10 jours), mais la récupération peut s’avérer différente chez les jeunes. Plusieurs études utilisant les potentiels évoqués cognitifs ont découvert des anomalies cérébrales en l’absence de symptômes cliniques observables chez l'adulte. Toutefois, peu de données scientifiques sont disponibles sur les répercussions d’un tel impact sur le cerveau en développement. Le but de l’étude était de déterminer s’il existe une relation entre l’âge de survenue au moment de la commotion et la gravité des déficits. Cette étude transversale a évalué le fonctionnement cognitif de sportifs par des tests neuropsychologiques ainsi que les mécanismes neuronaux de l’orientation de l’attention (P3a) et de mise à jour de l’information en mémoire de travail (P3b) à l’aide de potentiels évoqués cognitifs. Les athlètes étaient répartis selon trois groupes d’âge [9-12 ans (n=32); 13-16 ans (n=34); adultes (n=30)], la moitié ayant subi une commotion dans la dernière année. Les comparaisons entre les groupes ont été effectuées par une série d’ANOVAs. Comparativement au groupe contrôle, les adolescents commotionnés présentaient des déficits de mémoire de travail. Les athlètes commotionnés démontraient une réduction de l’amplitude de la P3b comparativement aux non-commotionnés. Les résultats illustrent la présence de déficits neurophysiologiques persistants et ce, au moins six mois suivant l’impact. Les enfants semblent aussi sensibles que les adultes aux effets délétères d’une commotion cérébrale et les conséquences s’avèrent plus sévères chez l’adolescent. / Sport-related concussions are common injuries among professional athletes as well in adolescents and children participating in organized sports. Although the majority of concussions resolve rapidly in adults (7-10 days), recovery could be different in younger athletes. Several studies using event-related potentials show that adult athletes have cerebral anomalies in the absence of clinical symptoms. However, the consequences of a sport-related concussion on the developing brain are less known. The purpose of this study was to determine whether age differences exist with respect to cognitive functioning following a sport-related concussion. This cross-sectionnal study assessed cognitive functioning using standardized neuropsychological tests as well the neuronal mechanisms associated with the re-orienting attention (P3a) and with the update of information in working memory (P3b), using event-related potentials. Athletes were divided into three age groups [9-12 yrs (n=32); 13-16 yrs (n=34); and adults (n=30)] half of whom suffered from a sport-related concussion. Group comparisons were investigated with a series of ANOVAs. Specifically, concussed adolescents showed persistent deficits in working memory compare with their non injured counterparts. Concussed athletes from all age groups had significantly lower amplitude for the P3b component of their ERPs compared to their non injured teammates. No age-related differences for ERP’s were found among the concussed groups. These data suggest persistent neurophysiological deficits that are present at least 6 months following a concussion. Children appear to be as sensitive as adults to the consequences of a concussion and adolescents seem experience the most severe outcomes.

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

Une interface cerveau-ordinateur permet d'interagir avec un système, comme un système d'écriture, uniquement par l'activité cérébrale. Un des phénomènes neurophysiologiques permettant cette interaction est le potentiel évoqué cognitif P300, lequel correspond à une modification du signal 300 ms après la présentation d'une information attendue. cette petite réaction cérébrale est difficile à observer par électroencéphalographie car le signal est bruité. Dans cette thèse, de nouvelles techniques basées sur la théorie des ondelettes sont développées pour améliorer la détection des P300 en utilisant des mesures de similarité entre les canaux électroencéphalographiques. Une technique présentée dans cette thèse débruite les signaux en considérant simultanément la phase des signaux. Nous avons également étendu cette approche pour étudier la localisation du P300 dans le but de sélectionner automatiquement la fenêtre temporelle à étudier et faciliter la détection.

La localisation de l'activité électrique cérébrale sur la base des enregistrements électromagnétiques est un domaine dans lequel de nombreux facteurs peuvent altérer le résultat final. Nous avons, ainsi, investigué l'effet du nombre d'électrodes sur la qualité de la localisation des sources électriques cérébrales. Il est démontré, en utilisant les propriétés de la matrice de résolution, que les erreurs de localisation diminuent lorsque le nombre d'électrodes augmente. Cependant, au delà d'une centaine d'électrodes, l'information entre électrodes devient dépendante et la qualité des reconstructions se stabilise. D'autre part il est indispensable de couvrir l'ensemble de l'espace de reconstruction avec les électrodes, afin de minimiser les erreurs de localisation. A l'aide des différents algorithmes d'interpolation suivants : meilleurs voisins, surface splines et splines sphériques, nous avons étudié le comportement des solutions inverses de type norme minimale. Les résultats obtenus pour la composante P100 d'un potentiel évoqué visuel montrent des erreurs de localisation importantes dans le cas d'une interpolation de type meilleurs voisins, alors que l'utilisation de splines sphériques permet de minimiser ces erreurs. Le modèle sphérique utilisé en l'état ne permet pas de prendre en compte l'anatomie cérébrale, la tête étant modélisée sous la forme de sphères concentriques homogènes. Le développement des algorithmes de type BEM et FEM et l'augmentation de la qualité des images IRM anatomiques ont permis l'émergence de ces modèles anatomiques qui s'avèrent cependant assez lourds à manipuler. Nous proposons ici une nouvelle approche permettant l'usage simplifié des modèles sphériques. Après avoir extrait d'une IRM anatomique et défini la surface du scalp en terme de fonctions spline, il est alors possible de projeter cette surface sur celle d'une sphére. Ainsi nous obtenons une IRM sphérique à l'intérieur de laquelle nous pouvons définir notre espace de reconstruction en fonction des tissus cérébraux. Les simulations montrent le gain du point de vue de la localisation. Nous avons par la suite corréler la localisation de phénomènes épileptiques avec des enregistrements intracraniaux chez des patients épileptiques pharmaco-résistants.

Les enfants sourds congénitaux ne peuvent pas acquérir le langage oral. L'acquisition du langage après réhabilitation montre des différences individuelles qui peuvent être liées à la réorganisation corticale consécutive à la surdité. Le fonctionnement auditif cortical peut être exploré par les méthodes électrophysiologiques. Notre première étude a permis de montrer une relation entre les réponses auditives temporales (onde N1c) et les capacités langagières chez des enfants avec une réhabilitation audioprothétique. Dans une seconde étude, nous avons mis en évidence une réponse spécifique à la voix humaine chez les enfants implantés cochléaires ayant un bon niveau de langage. La distribution de cette réponse est cependant différente de celle obtenue chez les enfants normo-entendants. La réduction de l'artefact dû à l'implant cochléaire a été une étape préliminaire indispensable à l'analyse des potentiels évoqués auditifs corticaux. L’identification de tels marqueurs permettra de définir des facteurs pronostics et de mieux repérer les enfants nécessitant une adaptation précoce de la rééducation. / Congenitally deaf children cannot acquire spoken language. Language development following auditory rehabilitation varies widely from child to child; this variability could be explained by cortical reorganisation following congenital deafness. Electrophysiological techniques make it possible to investigate cortical auditory processing. Our first study identified a relationship between auditory temporal responses (N1c wave) and language performance in children fitted with hearing aids for moderate congenital deafness. Our second study investigated cortical voice processing in children with a cochlear implant (CI) and with good language performance. Minimisation of the CI artifact was a preliminary step to analyse cortical auditory evoked potentials. A specific response to voice was found in children with CI, broader and more frontally distributed than this recorded in normal hearing children. The identification of such markers shoult it make possible to identify prognostic factors and to better indentify children in need of early care management.

Cette thèse examine les indices comportementaux et neurophysiologiques reflétant le traitement des visages émotionnels. L’étude de ces indices chez l’adulte et l’enfant ayant bénéficié d’un développement ordinaire conduit à l’élaboration d’un modèle proposant l’intervention séquentielle de différents traitements (analytique, holistique, configural) selon un décours temporel particulier (100ms, 170ms, 220ms). La N170 semble dépendante des capacités émotionnelles des sujets, et son développement serait lié à la maturation de l’exploration visuelle des visages, en lien avec le développement d’une expertise. Les dysfonctionnements de ces indices sont ensuite appréhendés chez des enfants atteints d’autisme. Les résultats suggèrent que les troubles de la perception des émotions faciales puissent trouver leur origine dans un dysfonctionnement majeur des premières étapes sensorielles, limitant l’expérience et donc l’expertise pour les visages. L’observation longitudinale de ces indices au cours d’une Thérapie d’Echange et de Développement confirme l’efficacité des soins non seulement d’un point de vue clinique mais aussi neurophysiologique. / This work investigates the behavioral and neurophysiological indices involved in emotional face processing.The study of these indices in healthy adults and typically developing children allows to elaborate a model proposing that different mechanisms (analytic, holistic and configural) succeed one another in a specific timing (100ms, 170ms, 220ms). The N170 seems to be sensitive to the subject’s emotional skills, and its development is linked to the maturation of visual face exploration, related to the acquisition of expertise.The dysfunctions of these indices are then investigated in children with autism. The results suggest that the default of the emotional faces perception could start from atypicalities in visual perceptual processes, affecting the experience and then the expertise for faces. The longitudinal observation of these indices during Exchange and Developmental Therapy confirms both clinical and neurophysiological efficiency of the care.

La navigation spatiale désigne la capacité de s'orienter et se repérer dans un environnement, et est particulièrement altérée chez les personnes âgées. Dans ce travail de thèse, nous proposons d'identifier les mécanismes sous-tendant le déclin de cette fonction chez les seniors. Nous avons comparé les performances de participants âgés à celles de sujets jeunes lors de tâches spatiales, et employé la technique des potentiels évoqués (PE) afin d’analyser les mécanismes neuronaux sous-jacents. Nous avons montré une atteinte de la localisation allocentrique chez les seniors, tandis que la localisation égocentrique semble préservée. Nous avons étudié l'efficience de processus visuo-perceptifs et attentionnels chez les sujets âgés. L'analyse des PE montre une préservation des processus perceptifs avec l'âge, tandis que les processus d'attention spatiale semblent particulièrement décliner. Enfin, les processus d'encodage spatial semblent également affectés chez les sujets âgés. / Spatial navigation refers to the ability to find one's way in complex environments, and is particularly affected in elderly individuals. We aimed to better understand the mechanisms underlying age-related deficits in spatial navigation, focusing on early cognitive processes. For this purpose, we compared performances obtained by elderly individuals above 60 years and by younger adults during spatial tasks, and used the event-related potentials (ERP) technique to investigate underlying neural processes. First, we found that allocentric localization is impaired in aging, whereas egocentric localization seems to be preserved. Then, we investigated the role of visuo-perceptive or attentional processes in spatial cognition, and their preservation in aging. ERP showed that perceptive processes seem to be preserved in elderly individuals, whereas spatial attention processes were impaired in these subjects. Finally, we showed that encoding processes are also particularly affected by aging.

L’objectif de ce travail de thèse a été d’avancer dans la compréhension des mécanismes par lesquels les émotions positives modulent cognition et comportement. En nous basant sur des mesures comportementales et électrophysiologiques, nous avons abordé ce questionnement chez des volontaires sains, et des personnes souffrant de schizophrénie, pathologie dans laquelle les affects n’influencent pas le comportement de manière appropriée. Nos résultats montrent que les émotions positives diminuent de manière globale la préparation attentionnelle, un des mécanismes de contrôle cognitif. Néanmoins, lorsqu’elles sont associées à un fort niveau de motivation, elles permettent au contraire une mobilisation plus importante du contrôle cognitif. Cette modulation du contrôle cognitif par les émotions positives est plus susceptible d’apparaitre chez les personnes présentant une tendance marquée à ressentir des émotions négatives. Chez les personnes souffrant de schizophrénie, cette modulation ne s’effectue pas de manière appropriée, y compris lorsque l’expérience affective positive est induite de manière non consciente. / The aim of this project was to deepen our understanding of the mechanisms by which positive emotions modulate cognition and behavior. By using behavioral and electrophysiological measures, we addressed this question in a population of healthy controls, and in patients suffering from schizophrenia, because in this disease affect does not appropriately modulate behavior. Our results show that positive emotions globally decrease attentional preparation, a cognitive control mechanism. Nevertheless, when associated with a high level of motivation, they allow for improved recruitment of cognitive control. This modulation of cognitive control by positive emotions is more likely to appear in individuals who have a marked tendency towards experiencing negative emotions. In patients suffering from schizophrenia, this modulation is not appropriate, not even for non-consciously induced positive affective experiences.

L'étude de fonctions cognitives telles que le langage, la conscience et a fortiori leurs relations, constitue un défi aux confins de la médecine et des neurosciences cognitives. Le traitement sémantique procure à nos expériences perceptuelles un niveau de représentation abstrait, permettant une variété de fonctions conceptuelles. Dans ce travail, nous avons voulu explorer les relations entre le traitement sémantique verbal et la conscience en adoptant une double approche : d'une part en étudiant des sujets sains en condition de perception consciente et inconsciente (en utilisant une technique de masquage visuel), et d'autre part en étudiant des patients présentant un trouble de la conscience. Au travers de ce travail, nous apportons des arguments en faveur de l'existence de représentations sémantiques verbales inconscientes. Nous proposons également que les deux signatures cérébrales observées en potentiels évoqués (N400 puis LPC/P600) puissent s'intégrer dans un modèle à deux temps : premier temps inconscient (correspondant à la N400), puis second temps conscient (correspondant à la LPC/P600). En explorant les différences entre traitement conscient et non conscient, nous montrons que le traitement sémantique non conscient est sensible aux influences descendantes conscientes, ce qui réfute une conception strictement automatique de la cognition inconsciente. Nos résultats apportent également un nouveau regard sur les mécanismes de résolution d'ambiguïté sémantique. L'exploration des capacités cognitives telles que le traitement sémantique verbal, chez des patients présentant un trouble de la conscience, devrait permettre des avancées notables dans leur prise en charge. / The study of cognitive functions so complex such as language and consciousness, and of their interactions, is a challenge at the boundaries between medicine (intensive care, anesthesia, neurology) and cognitive neuroscience. Semantic processing provides our perceptual experiences with a level of abstraction allowing a variety of conceptual functions such as object recognition, social cognition, or language. In this thesis, we explored the relationships between verbal semantic processing and consciousness using a double approach: first, by studying healthy subjects in conscious and unconscious condition (using visual masking), and secondly by studying patients with disorders of consciousness. Through this work we provided empirical evidence of unconscious semantic representations. We then proposed that the two main brain signatures of semantic processing observed in ERPs (N400 and LPC / P600) could be integrated in a two stages model: a first unconscious stage (corresponding to the N400), followed or not by a second stage of processing corresponding to conscious semantics (LPC / P600). Exploring the differences between conscious and nonconscious processing, we showed that nonconscious semantic processing is sensitive to conscious top-down influences. These results refute a strictly automatic conception of unconscious cognition. Our results also shed new light on the respective roles of the two hemispheres in the resolution of semantic ambiguity. The exploration of high-level cognitive abilities, - such a verbal semantic processing - in patients affected with disorder of consciousness should enable significant advancements in their medical management.