Le but de cette thèse était d’étudier les processus de prédiction dans le domaine auditif et de l’activité cérébrale associée à ces prédictions. L’électroencéphalographie a été utilisée afin de mesurer l’activité électrique du cerveau, ainsi que la technique de potentiels reliés aux évènements (PRE) qui permet de mesurer l’activité lié à des processus d’intérêt à la milliseconde près. La grande majorité des études existantes s’intéressent aux prédictions de manière indirecte, par l’observation de signaux d’erreur ou de confirmation de prédictions. Contrairement à ces études, nous avons développé des paradigmes novateurs qui permettent de créer un contexte dans lequel un ou plusieurs stimuli permettent de générer des prédictions. Dans une première étude, les résultats démontrent qu’un son qui permet la prédiction de sons subséquents est accompagné d’une augmentation de l’amplitude des composantes de PRE auditives, la N1 et plus particulièrement la P2, aux électrodes frontocentrales. Dans une seconde étude, cette modulation était entrainée par une modification marquée des oscillations entre 4 et 7 Hz, dans la bande de fréquence thêta. Une troisième étude, était focalisé sur l’activité de PRE en lien avec des prédictions d’ordre temporel. En créant des patrons rhythmiques contextuels dans l’expérience, nous avons pu observer qu’un son qui permet d’identifier le patron, et donc d’anticiper la suite, génère une positivité précoce, et ce, même si le patron rhythmique est non-pertinent à l’exécution de la tâche. Ces études sont une démonstration de faisabilité et fondent une base solide pour la poursuite de la recherche sur les processus dynamiques liés à la génération de prédictions. / The goal of this thesis was to study predictive processes in the auditory domain, and to find the electrophysiological signature associated with those processes. We used electroencephalography to measure the brain electrical activity, as well as the event-related potentials technique (ERP), allowing us to measure brain activity of interest with a millisecond precision. The majority of existing studies that look at predictive processes indirectly, by measuring prediction error or prediction confirmation. Contrary to those studies, we developed novel paradigms that allowed us to generate contexts in which one or more specific auditory stimuli allow the generation of predictions. In a first study, we showed a tone allowing the prediction of other tones to be presented elicits larger N1 and P2 auditory ERP components at frontocentral electrodes. In a second study, we showed this modulation is driven by an increase in oscillatory activity in the theta frequency band, between 4 and 7 Hz. In the third study of this thesis, we were interested in ERP activity related to temporal predictions. By creating contextual rhythmic patterns, we were able to determine that a tone allowing identification of the currently heard pattern, that would allow prediction of when other tones are to be heard, generate and early positivity, even though the rhythmic pattern was task irrelevant. These studies are proof of concept and a solid basis for future research on the dynamics related to predictions in the brain.

Le décodage des expressions faciales émotionnelles (EFE) est une fonction clé du système visuel humain puisqu’il est à la base de la communication non-verbale sur laquelle reposent les interactions sociales. De nombreuses études suggèrent un traitement différentiel des attributs diagnostiques du visage au sein des basses et des hautes fréquences spatiales (FS), respectivement sous-tendu par les voies magno- et parvocellulaires. En outre, des conditions telles que l’anxiété sociale sont susceptibles d’affecter ce traitement et d’entrainer une modulation des potentiels reliés aux évènements (PRE). Cette étude explore la possibilité de prédire le niveau d’anxiété social des individus à partir des corrélats électrophysiologiques du décodage d’EFE dans différentes bandes de FS. À cette fin, les PRE de 26 participants (âge moyen = 23.7 ± 4.7) ont été enregistrés lors de la présentation visuelle d’expressions neutres, de joie ou de colère filtrées pour ne retenir que les basses, moyennes ou hautes FS. L’anxiété sociale a été évaluée par l’administration préalable du questionnaire LSAS. Les latences et pics d’amplitude de la P100, N170, du complexe N2b/P3a et de la P3b ont été analysés statistiquement et utilisés pour entrainer différents algorithmes de classification. L’amplitude de la P100 était reliée au contenu en FS. La N170 a montré un effet des EFE. Le complexe N2b/P3a était plus ample pour les EFE et plus précoce pour les hautes FS. La P3b était moins ample pour les visages neutres, qui étaient aussi plus souvent omis. L’analyse discriminante linéaire a montré une précision de décodage d’en moyenne 56.11% au sein des attributs significatifs. La nature de ces attributs et leur sensibilité à l’anxiété sociale sera discutée. / The decoding of emotional facial expressions (EFE) is a key function of the human visual system since it lays at the basis of non-verbal communication that allows social interactions. Numerous studies suggests that the processing of faces diagnostic features may take place differently for low and high spatial frequencies (SF), respectively in the magno- and parvocellular pathways. Moreover, conditions such as social anxiety are supposed to influence this processing and the associated event-related potentials (ERP). This study explores the feasibility of predicting social anxiety levels using electrophysiological correlates of EFE processing across various SF bands. To this end, ERP from 26 participants (mean age = 23.7 ± 4.7) years old were recorded during visual presentation of neutral, angry and happy facial expressions, filtered to retain only low, medium or high SF. Social anxiety was previously assessed using the LSAS questionnary. Peak latencies and amplitudes of the P100, N170, N2b/P3a complex and P3b components were statistically analyzed and used to feed supervised machine learning algorithms. P100 amplitude was linked to SF content. N170 was effected by EFE. N2b/P3a complex was larger for EFE and earlier for high SF. P3b was lower for neutral faces, which were also more often omitted. The linear discriminant analysis showed a decoding accuracy across significant features with a mean of 56.11%. The nature of these features and their sensitivity to social anxiety will be discussed.

La présente étude vise à approfondir les connaissances relatives aux mécanismes neuronaux qui sous-tendent la maintenance de sons variant en hauteur dans la mémoire auditive à court terme (MACT), plus précisément lors de sa saturation. À cet effet, la technique des potentiels reliés aux évènements (PRE) en électrophysiologie a été utilisée. La sélection des participants s’est déroulée par l’entremise de deux expériences comportementales : l’une était une tâche de discrimination et l’autre, une tâche qui évaluait l’habileté générale des participants à réussir une tâche similaire à celle de l’expérience principale en électroencéphalographie (EEG). Les résultats comportementaux de notre tâche en EEG ont montré que la performance diminuait de façon significative plus la charge en mémoire augmentait (séquences de 2, 4, 6 et 8 sons) et que l’estimation de la capacité de la MACT mesurée par K augmentait entre 2 et 4 sons pour atteindre un plafond à 4 sons (effet plafond). Le K maximum étant de 2.84 sons, l’empan mnésique (EM) auditif semble être près de 3 sons. Les résultats électrophysiologiques ont montré que la composante électrophysiologique reliée à la maintenance de sons en MACT, la Sustained Anterior Negativity (SAN), était modulée par le nombre de sons à maintenir : son amplitude augmentait de 2 à 4 sons et ce, jusqu’à l’atteinte d’un plafond à 4 sons. Ces résultats suggèrent que la maintenance de sons additionnels dans la MACT n’est plus possible après sa saturation. Nous soutenons donc que la SAN est un index électrophysiologique de l’activité neuronale associée à la maintenance d’items auditifs dans la MACT et que son amplitude est un bon indicateur de la capacité individuelle de la MACT, estimée par K. Des résultats post-hoc ont démontré que les musiciens et les non-musiciens tendent à avoir des différences au niveau de la SAN, sans pour autant modifier l’effet de charge en mémoire. Une analyse qualitative et quantitative de l’utilisation des stratégies mnésiques ont permis de clarifier leur implication et leur nature au sein d’une tâche cognitive de mémoire, plus précisément en audition. Pour conclure, l’ensemble de ces résultats suggère également que la SAN est reliée à la maintenance de sons dans la MACT et ainsi, un bon indicateur de sa capacité. / The aim of the current study is to further understand, through the use of event-related potentials (ERPs), the neural mechanisms that underlie the maintenance of pitch in auditory short-term memory (ASTM) after reaching the memory span. Two behavioral experiments were used to help perform the selection of the participants: the first one was an evaluation of the acoustic discrimination and the second one was a general evaluation of participants’ ability to succeed to a similar task of the one that will be used in the electrophysiological (EEG) part of the experiment. Behavioral results from the EEG task showed a significant decrease in accuracy when the load increased (sequences of 2, 4, 6 and 8 tones). The estimation of the memory capacity (named K), increased from load 2 to 4 and reached a plateau after 4 tones. The maximum K represented 2.84 tones; the auditory span seems to be around 3 tones. Experimental results showed that the ERP component related to the maintenance of tones in ASTM, as measured by the Sustained Anterior Negativity (SAN), was modulated by the load. More specifically, its amplitude increased when the load increased (from 2 to 4) and reached a plateau at load 4. These results suggest that the maintenance of additional tones in ASTM is not possible after its saturation. Thus, the SAN appears to be an adequate electrophysiological index of neuronal activity related to the maintenance of tones in ASTM, and its amplitude appears to be predicted by K. Post-hoc results showed that musician and non-musicians tend to have some differences in their electrophysiological results; however, no change related to the load effect was observed. Finally, a qualitative and quantitative analysis was done to investigate the impact of the use of different mnemonic strategies in ASTM. Taking together, our results support that the SAN component is related to the maintenance of tones in ASTM and can be considerate as a good indicator of its capacity.

Les théories cognitives considèrent régulièrement le répertoire de réponses parmi les multitudes de facteurs modulant l’utilisation de comportements agressifs en situations sociales, mais peu d’études explorent le concept à l’aide de mesures adéquates reflétant la nature automatique et instantanée des processus cognitifs qui s’y jouent. Cette étude se base sur de précédents travaux faisant l’utilisation de potentiels reliés aux évènements (PRE) pour l’étude de certains aspects du traitement de l’information sociale liée à l’agression. L’activité électrique du cerveau des participants fut enregistrée pendant la lecture de scénarios sociaux hostiles mettant en scènes des réactions hypothétiques à des provocations ambiguës. Les participants placés dans le groupe agressif ont montré une N400 plus ample suivant la lecture d’un mot cible décrivant une réaction non-hostile face à une situation problématique que les participants non-agressifs. Cette déflexion fut également observée chez les participants non-agressifs, mais elle n’est pas statistiquement significative. Cette différence peut être comprise comme une déficience d’accès aux réponses non-hostiles chez les participants agressifs. La présente étude met en évidence les différences au niveau du répertoire de réponses chez les personnes agressives et non-agressives et démontre l’utilité des techniques PRE dans l’étude des processus cognitifs sous-tendant les comportements agressifs. / Behavioral script repertoires are often discussed in socio-cognitive theories as part of the multitude of factors that modulate the use of aggressive behavior in response to problematic social situations, yet few studies explored the concept with measures capable of properly navigating the instantaneous and automatic access to such repertoires. This study bases itself on previous works using event-related potential (ERP) techniques to study aspects of social information processing of aggression. Participants’ brain activity was recorded as they read somewhat hostile social scenarios involving hypothetical behavioral responses to provocations. Participants in the aggressive group showed a statistically significant larger negative shift around 400 ms in the ERP waveform following the reading of a target word describing a non-hostile reaction to a problematic social situation than of a target word describing a hostile reaction, compatible to an N400 effect. Though observed as well, this N400 effect was statistically non-significant in the nonaggressive group. This group difference could be understood as a deficiency in accessing nonaggressive behavioral responses in script repertoires for aggressive individuals. The present study showcases some of the differences between aggressive and nonaggressive people regarding the access to the script repertoire and further proves the usefulness of ERP techniques in the study of cognitive processes underlying aggression.