Un grand nombre d’études examinant les aspects cognitifs et neurobiologiques de la lecture ont étés conduites dans les dernières décennies. Cependant, la stratégie qui sous-tend l’identification de mots pour des lecteurs experts et la manière dont l’attention visuo-spatiale est déployée dans le temps et l’espace visuel demeurent méconnues. L’étude de Blais et al. (2009) nous apporte une avancée significative dans nos connaissances à ce sujet. La présente étude se propose d’étendre leur investigation initiale à l’aide d’un protocole capable de spécifier comment l’information visuelle est extraite dans l’espace et dans le temps au cours d’une tache de reconnaissance de mot chez des lecteurs neurotypiques. 16 étudiants ont été testés à l’aide d’une tâche inspirée de la méthode des « Bulles ». Ils devaient lire des mots français de cinq lettres présentés pendants 200 ms et échantillonnés dans l’espace-temps avec un ratio signal/bruit variant aléatoirement et de manière indépendante pour chaque position de lettre. Un bloc de 150 essais de pratique était d’abord complété, pendant lequel le ratio signal/bruit était ajusté de manière à maintenir le taux de succès à 51%. Ensuite, quatre blocs de 150 essais chacun étaient complétés, eux même suivis d’un nouveau bloc de 75 essais d’entrainement afin de réajuster le ratio signal/bruit maximum. Enfin, quatre blocs additionnels de 150 essais chacun étaient complétés. Les analyses examinent comment les variations temporelles du ratio signal/bruit déterminent le taux d’acuité des participants. Des images de classification dans le domaine temporel ont été construites pour chaque participant en soustrayant la somme pondérée des profils temporels de ratio signal/bruit des essais incorrects de ceux associes à une réponse correcte. Nous avons également construit des images de classification dans le domaine temps-fréquence qui indiquent la contribution de bandes de fréquences spécifiques pour l’efficacité d’encodage en fonction du temps. Les images de classifications individuelles étaient transformées en scores Z afin d’être sur une même échelle et pouvoir ainsi calculer des moyennes de groupes. La significativité statistique était déterminée par l’application du test Pixel. Les résultats suggèrent un processus d’extraction des lettres sériel, dans lequel l’ordre des lettres est fonction de la valeur diagnostique de cette lettre pour l’identification correcte du mot. Ces observations sont inconsistantes avec un modèle d’extraction parallèle, généralement admis pour expliquer l’absence d’effet de longueur de mot dans la lecture experte. Elles semblent en effet indiquer un mode de traitement sériel des lettres à l’intérieur duquel le traitement de plusieurs lettres conjointes reste possible. L’absence d’effet de longueur du mot dans un contexte de traitement sériel serait expliquée par l’hypothèse que le nombre de lettres à identifier (et/ou le nombre de fixations attentionnelles requis) demeure fixe, quelque soit la longueur du mot. Cependant, cette hypothèse reste encore à étayer; en testant ce protocole sur des mots de différentes longueurs. / A vast number of studies examining the cognitive and neurobiological aspects of reading have been conducted in the past decades. However, the strategy underlying expert word identification and the way visuospatial attention is deployed across time and space remains unknown. The study from Blais et al. (2009) offered a significant advance to our knowledge in this regard. The present study extends this initial investigation by using a protocol which can specify how visual information is extracted in space and time during visual word recognition in neurotypical readers. 16 students were tested using an adaptation of the « Bubbles » technique. Participants read five-letter French words exposed for 200 ms and sampled in space-time by random signal-to-noise ratio (SNR) variations which were independent for each letter position. Participants first completed a 150-trial practice session during which the maximum allowable SNR was adjusted in order to maintain accuracy at about 51% correct. Then, four experimental blocks of 150 trials each were completed. This was followed by a 75-trial practice block to readjust the maximum allowable SNR. Finally, four additional blocks of 150 experimental trials each were conducted. Data analyses examined how the temporally varying signal/noise determined the response accuracy of participants. Classification images in the temporal domain were constructed for each participant by subtracting the weighted sum of the temporal profiles of signal/noise ratios of incorrect trials from those associated with correct responses. We also constructed classification images in the time-frequency domain which indicate the contribution of particular frequencies as a function of time to processing effectiveness. Individual classification images were transformed into Z scores to put them on the same scale, thereby allowing the calculation of group means. Statistical significance was determined by the application of the Pixel test. The results suggest a serial processing of letter extraction information in which the order of letters is a function of the diagnostic value of that letter for word identification. These observations are inconsistent with a parallel processing model, which is the generally accepted account for the invariant latency of expert visual word recognition as a function of word length. These would seem to indicate a serial processing of letters within which several joint letters are still possible. The absence of word length effect in the serial processing would be explained by the number of letters (and/or the number of attention attachments required) which remains constant whatever the length of the word. However, this hypothesis still need to be substantiated by testing this protocol on words of different lengths.

Au quotidien, nos ressources attentionnelles sont sollicitées de part et d’autre et la capacité à diriger notre attention sur une tâche et ignorer les distractions (le contrôle attentionnel) est cruciale. Pour mieux comprendre cette influence, les facteurs émotionnels pouvant moduler l’attention sont étudiés. L’omniprésence de la musique, et des émotions qu’elle induit, dans les activités quotidiennes soulève des questions quant à son effet sur cette capacité. Les résultats des études explorant l’effet de la musique de fond sur le contrôle attentionnel sont divergents, ils sont parfois nuisibles ou nuls, mais généralement bénéfiques. Il est possible que cette divergence s’explique par la diversité des caractéristiques émotionnelles (p.ex. le caractère relaxant ou stimulant) de la musique de fond utilisée dans les études. Le contrôle attentionnel peut également être modulé par les variations individuelles de l’anxiété (p.ex. des niveaux faible ou élevé de l’état et du trait d’anxiété). Considérer (a) les niveaux d’activation de la musique de fond et (b) des variations individuelles d’anxiété pourrait clarifier comment le contrôle attentionnel est influencé dans la vie quotidienne. Pour cela, deux groupes tirés d’une population adulte non-clinique ont été testés, un ayant un niveau d’état et de trait d’anxiété faible et un autre ayant un niveau d’état et de trait d’anxiété plus élevé. Tous les participants ont réalisé la tâche Flanker dans trois conditions : avec la présentation de musiques stimulantes et relaxantes, ainsi qu’en silence. Les résultats indiquent que l’effet Flanker est similaire entre les trois conditions pour le groupe à anxiété faible. En revanche, pour le groupe à anxiété plus élevée, l’effet Flanker est significativement augmenté avec la musique relaxante comparativement au silence. Ces résultats suggèrent que l’effet de l’activation de la musique de fond sur le contrôle attentionnel varie selon le niveau d’anxiété. / Daily, attentional control is solicited to maintain attention on a desired task and inhibit distractions. Knowingly, emotional factors are studied to further understand attentional modulation. With the omnipresence of music, and the emotions it induces, in daily activities, its impact on attentional control arises questioning. Studies exploring the effect of background music on attentional control have shown inconsistent results, supporting its effect is sometimes detrimental or null, but mostly beneficial. Differences in the emotional characteristics of music could possibly explain the inconsistent results shown in studies exploring the effect of emotions on attentional control. Additionally, individual variations in emotional states have been shown to impact attentional control capacities, namely variations in anxiety (low/high trait and state anxiety). Considering activation levels of music (stimulating/relaxing) and individual levels of anxiety (low/high) could clarify how attentional control is impacted in the daily life. This study aims explored the effect of (a) the activation levels of background music and (b) individual differences in anxiety on attentional control capacities using the Flanker task. To this aim, a low state-and-trait anxiety group and a high state-and-trait anxiety groups drawn form a non-clinical population were tested under three conditions: with presentation of stimulating and relaxing music, and in silence. For the low-anxiety group, the Flanker effect was similar between the three conditions. On the other hand, for the high-anxiety group, the Flanker effect was significantly increased with the relaxing background music compared to silence. These results suggest that the effect of background music activation levels on attentional control varies as a function of anxiety levels.

Les potentiels reliés aux événements (PRÉ) sont très couramment utilisés comme méthode de mesure de l’attention visuelle. Certaines composantes PRÉ comme la N2pc et la P3 sont largement considérées comme marqueurs du déploiement de l’attention. Afin d’investiguer s’il est possible de déterminer la localisation sur laquelle l’attention est dirigée ou encore la présence ou non de l’attention à une localisation donnée, une tâche d’indiçage spatial a été utilisée. L’indice indiquait l’une de quatre localisations sur laquelle les participants devaient diriger leur attention. L’indice spatial utilisé était de nature exclusivement symbolique, impliquant que l’attention devait être déplacée de façon volontaire. L’analyse des signaux ÉEG captés alors que les participants réalisaient la tâche a été effectuée en faisant usage d’une technique d’apprentissage machine. Un classificateur de type SVM (Support Vector Machine) a ainsi été utilisé afin de prédire la présence ou l’absence d’attention à une localisation en utilisant le signal ÉEG associé aux cibles et aux distracteurs. Un taux de précision de 75% (p < 0,001) a été obtenu lors de cette classification, le niveau du hasard se trouvant à 50%. Un classificateur de type DSVM (SVM à dendrogramme) a été utilisé afin de prédire le locus précis de l’attention en utilisant le signal ÉEG relié aux cibles uniquement. Dans ce problème de classification, un taux de prédiction exacte de 51,7% (p < 0,001) a été obtenu, le niveau du hasard étant de 25%. Les résultats indiquent qu’il est possible de distinguer le locus attentionnel à partir des PRÉ dans un espace de +/- 0,4 degrés d’angle visuel et ce, avec des taux de précision dépassant largement le niveau du hasard. / Event related potentials (ERP) are commonly used as a method of measuring visual attention. ERP components such as N2pc and P3 are largely considered as markers of attention deployment. In order to investigate the possibility of predicting the locus and the presence or absence of attention, a spatial cueing task was used. A cue indicated one of the four locations on which subjects had to direct their attention. The spatial cue was exclusively symbolic, implying that attention had to be oriented voluntarily. The analysis of the EEG signal which was measured as subjects carried out the task was performed using machine learning. An SVM (Support Vector Machine) classifier was used to predict the presence or absence of attention at one location, using the EEG signal associated with targets and distractors. A decoding accuracy of 75% (p < 0,001) was achieved for this classification, with a chance level of 50%. A DSVM (Dendrogram SVM) was used to predict the precise locus of attention using the EEG signal linked to targets only. In this classification problem, a decoding accuracy of 51,7% (p < 0,001) was achieved, with a chance level of 25%. These results suggest that it is possible to distinguish the locus of attention from ERPs in a +/- 0,4 degrees of visual angle space with decoding accuracies considerably above chance.

Contexte : Les patients recevant une pose d’implants dentaires ressentent une douleur procédurale faible à modérée pendant la chirurgie malgré une anesthésie locale et un analgésique préopératoire. Des affects négatifs sont également associés à cette douleur. Durant les jours suivants, la douleur se poursuit et est soulagée par des analgésiques. Il est donc important de réduire cette douleur périopératoire persistante, l’expérience émotionnelle négative qui l’accompagne et la consommation d’analgésiques, par une approche non pharmacologique. En ce sens, la musique peut les réduire chez diverses populations cliniques, mais à notre connaissance, son efficacité n’a pas été étudiée dans le contexte d’implantologie dentaire. Objectif : Ce projet de recherche visait à comparer les effets de l’écoute de musique à celle d’un livre audio (groupe contrôle) dans le cadre d’une pose d’implants dentaires, sur la douleur pendant la chirurgie et les affects associés, ainsi que la douleur et la consommation d’analgésiques au cours des jours suivants la chirurgie. Méthodologie : Vingt-huit patients ont été recrutés et répartis de manière aléatoire dans le groupe musique ou contrôle (livre audio). En fonction du groupe qui leur avait été assigné, chaque participant a choisi parmi sept options de musique ou de livre audio. Des mesures autorapportées ont été utilisées pour la douleur, les affects associés et la consommation d’analgésiques, avant et après la chirurgie, et au cours des sept jours postopératoires. Résultats : La douleur ressentie pendant la chirurgie était significativement moindre pour les participants qui écoutaient de la musique pendant la chirurgie que pour ceux qui écoutaient un livre audio. Cependant, il n’y avait pas de différences significatives entre les groupes pour la douleur et pour la consommation d’analgésiques durant les jours postopératoires. En ce qui concerne les affects négatifs, les participants ayant écouté de la musique en ressentaient significativement moins que ceux ayant écouté un livre audio. Conclusion : L’écoute de musique permet de réduire la douleur procédurale et ses affects négatifs lors d’une chirurgie de pose d’implants dentaires. Ainsi, elle pourrait être utilisée dans d’autres contextes cliniques comme approche analgésique non pharmacologique simple, abordable et adjuvante aux traitements pharmacologiques existant. / Background: Patients receiving dental implants placement experience mild to moderate procedural pain during surgery, despite local anesthesia and intake of a preoperative analgesic. There are also negative affects associated with this pain. During the following days, the pain continues and is treated with analgesics. Therefore, it is important to reduce this persisting perioperative pain, the negative emotional experience that accompanies it as well as consumption of analgesics with a non-pharmacological approach. In this sense, music can reduce them in various clinical populations, but to our knowledge, its effectiveness has not been studied in the context of dental implantology. Objective: The purpose of this research project was to compare the effects of listening to music and listening to an audiobook (control group) in the context of dental implant surgery on pain during surgery and associated affects, as well as pain and analgesics consumption in the days following surgery. Methodology: Twenty-eight patients were recruited and randomly assigned to the music or control (audiobook) group. Based on their assigned group, each participant chose from seven music or audiobook options. Self-reported measures were used for pain and associated affects, before and after surgery, and during the seven postoperative days. Results: Pain experienced during surgery was significantly lower for participants who listened to music during surgery than for those who listened to an audiobook. However, there was no significant difference between the groups in either pain or analgesics use during the postoperative days. Participants who listened to music felt signicantly fewer negative affects than those who listened to audiobooks. Conclusion: Listening to music reduces procedural pain and its negative affects during dental implant placement surgery. As such, it could be used in other clinical settings as a simple, affordable, non-pharmacological analgesic approach and adjuvant to pharmacological treatments already in place.

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Le but du présent travail de thèse était d’examiner dans quelle mesure les programmes moteurs graphiques acquis au cours de l’apprentissage par écriture manuscrite contribuent au processus de reconnaissance. Précédemment, l’avantage de l’écriture manuscrite sur la dactylographie a été attribué à la contribution des programmes moteurs graphiques (Longcamp et al. 2010). Toutefois, les données recueillies dans le présent travail suggèrent que l’analyse visuelle détaillée requise par l’écriture manuscrite explique une grande partie de cet avantage. En effet, lorsque le symbole à reconnaître est présenté dans des conditions visuelles optimales, les apprentissages par écriture manuscrite et par composition – nécessitant tous les deux une analyse visuelle détaillée – aboutissent à un niveau de reconnaissance similaire et supérieur à celui faisant suite à la dactylographie. Ces résultats sont en accord avec la conception visuelle de la reconnaissance des lettres. Dans cette perspective, l’association entre la perception des lettres et l’activation motrice peut être interprétée comme la conséquence de l’apprentissage conjoint de la lecture et de l’écriture et non comme une condition nécessaire à l’encodage et à la reconnaissance.Toutefois, lorsque les conditions visuelles de présentation sont altérées, l’apprentissage par écriture manuscrite tend à aboutir à une meilleure reconnaissance que les apprentissages par composition et par dactylographie. Ces données suggèrent que les programmes moteurs graphiques pourraient contribuer à la reconnaissance lorsque les informations visuelles sont limitées et que la mémoire visuelle ne peut être utilisée de façon optimale. Notons que cette hypothèse mériterait d’être examinée de façon plus directe.Même si les résultats montrent une contribution importante de l’analyse visuelle détaillée dans l’avantage de l’écriture manuscrite sur la dactylographie, il convient de souligner que dans des conditions d’apprentissage naturelles, l’écriture manuscrite constitue le moyen le plus évident et spontané de promouvoir une telle analyse détaillée. Par ailleurs, pour que l’écriture manuscrite puisse aboutir à un encodage optimal, il est important que l’automaticité des mouvements d’écriture soit préservée. En effet, rompre l’automaticité de l’écriture par une perturbation de l’activité graphomotrice durant l’apprentissage affecte les performances ultérieures en reconnaissance. / Doctorat en Sciences psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le stress est continuellement associé à la genèse, la fréquence et la sévérité des convulsions en épilepsie. De nombreux modèles animaux suggèrent qu’une relation entre le stress et les convulsions soit mise en place en début de vie, voire dès la période prénatale. Or, il existe peu de preuves de cette hypothèse chez l’humain. Ainsi, l’objectif général de cette thèse était d’examiner le lien entre le stress en début de vie, dès la conception, et les convulsions chez les humains. Pour ce faire, cette thèse avait comme intérêt principal les convulsions fébriles (CF). Il s’agit de convulsions pédiatriques communes et somme toute bénignes, bien qu’elles soient associées à de légères particularités neurologiques et cognitives. En ce sens, les CF représentent un syndrome de choix pour notre étude, considérant leur incidence fréquente en très bas âge et l’absence de conséquences majeures à long terme. Ainsi, elles permettent l’étude de la relation entre le stress en début de vie et les convulsions par l’entremise d’un relativement grand bassin populationnel, en réduisant l’impact de potentiels facteurs confondants. Dans ce contexte, notre objectif général a été étudié par l’entremise de cinq objectifs secondaires. D’abord, le premier objectif secondaire de cette thèse était de faire le point sur la littérature expliquant le lien entre les convulsions, le stress, ainsi que l’impact que pourrait avoir le stress sur le pronostic cognitif des syndromes convulsifs (article 1). Le second était d’examiner la relation entre les symptômes maternels auto-rapportés de stress, d’anxiété spécifique à la grossesse ou de dépression durant la grossesse et la période postpartum et les CF. Par le biais d’un devis longitudinal, les résultats de cette thèse suggèrent qu’une plus forte anxiété spécifique à la grossesse ainsi qu’une plus grande présence de symptômes dépressifs en période postnatale sont associées à une diminution du seuil convulsif des CF, caractérisée par un plus jeune âge lors du premier épisode convulsif (article 2). Étudié à travers ce même devis longitudinal, le troisième objectif secondaire de cette thèse était d’évaluer le lien entre des changements biologiques associés à l’exposition au stress prénatal et les CF. Or, nos résultats mettent plutôt en lumière des différences sur le plan du système sérotoninergique placentaire, sous-tendant une exposition ou une propension au stress. D’une part, ces changements seraient associés à une hausse de l’incidence des CF et, d’autre part, à une baisse du seuil convulsif (article 3). Par ailleurs, le quatrième sous-objectif couvert par cette thèse était d’étudier la réponse biologique de stress chez des enfants avec antécédents de CF afin de voir si elle se distingue de celle d’enfants sans antécédents convulsifs. Notre étude appariée suggère une plus forte sensibilité au stress chez les enfants avec antécédents de CF « simple » (article 4). Ainsi, ces résultats ne démontrent pas de changements systématiques à l’ensemble des enfants sur le plan de la réactivité au stress. Toutefois, des changements chez les enfants avec CF simples pourraient sous-tendre des anomalies prémorbides. Accessoirement, durant l’étude du quatrième sous-objectif, nous n’avons pas été en mesure d’identifier des anomalies cognitives dans les mois suivants un épisode de CF, ni d’associer le pronostic cognitif au profil de réactivité au stress. Dans ce contexte, le cinquième et dernier objectif secondaire visait à investiguer le pronostic électrophysiologique des CF et à en étudier l’association avec la réactivité au stress. Les résultats suggèrent la présence de particularités électrophysiologiques chez les enfants avec antécédents de CF « complexes », lesquelles pourraient être associées aux altérations cognitives vues chez cette population à long terme (article 5). Par-dessus tout, notons que ces particularités diffèrent en fonction du sous-type de CF complexes. Toutefois, les résultats obtenus dans le cadre de notre devis expérimental n’ont pas été en mesure d’identifier un rôle du stress sur ces atypies (addenda). Ensemble, ces résultats suggèrent l’existence d’un lien entre le stress en début de vie, dès la période prénatale, et les CF. Ils appuient l’importance d’investiguer le stress prénatal, postnatal et actuel en contexte de syndromes convulsifs en général, dont les CF. En raison de l’impact considérable du stress sur la qualité de vie des personnes vivant avec un syndrome convulsif, une meilleure caractérisation de la relation entre le stress précoce et les convulsions pourrait à long terme mener au développement d’interventions précoces et non invasives. Par ailleurs, même si ces résultats n’ont pas été en mesure d’identifier une relation entre la réactivité au stress et le pronostic cognitif ou électrophysiologique des CF, l’étude de ce lien est néanmoins suggérée par les études animales et devrait faire l’objet d’études futures. / Stress is a phenomenon frequently associated with epileptogenesis and increased seizure frequency and severity. Animal studies suggest the relationship between stress and seizures may begin early in life, maybe even prenatally. Evidence showing a link between early programming through stress and seizure disorders has yet to be found in humans. Hence, the general objective of this thesis was to examine the relationship between early-life stress, including the prenatal period, and seizures in humans. For this purpose, the prime focus of this research was on febrile seizures (FS). FS are common and benign pediatric seizures, associated only with mild neurological and cognitive peculiarities. Due to their frequent incidence in early childhood and lack of severe consequences, they allow for the investigation of the relationship between early-life stress and seizures through a relatively large sample, while reducing the impact of potential confounding variables.In this context, our general objective was investigated through five sub-objectives. First, we aimed toreview the current knowledge on the link between seizures and stress, as well as the impact stress could have on the cognitive prognosis of seizure disorders (1starticle).The second sub-objective was to study the relationship between self-reported maternal emotion distress during both the pregnancy and postpartum period, on FS. Through a longitudinal cohort, this research supports increased prenatal pregnancy-specific anxiety and postpartum depressive symptoms are associated with a lowered FS threshold, as shown through a younger age at first FS occurrence (2ndarticle). Moreover, the third sub-objective, which was studied through the same longitudinal research, was to evaluate how biological changes associated with prenatal exposure to stress may be linked to FS. This study showed changes in the placental serotoninergic system are found in children with FS history. More precisely, these changes are associated with increased FS incidence, and lowered FS threshold (3rdarticle). On the other hand, the fourth sub-objective of this thesis was to study the biological stress response of children with past FS, compared to that of children without personal history of seizures. Our case-control study suggested only children with “simple” FS showed increased sensibility to stress (4tharticle). Hence, these results do not show systematic changes in the ivbiological stress reaction of all children with FS. Still, they do show changes in some children, which could be premorbid to the first FS episode.Incidentally, while studying the fourth sub-objective, we were unable to show changes in the developmental skills of children with FS, nor did we show an interaction with stress reactivity. Hence, the fifth and final subjective of this thesis was to investigate the electrophysiological prognosis of children with past FS, and its association with stress reactivity. Our results show differences in the electrophysiological profile of children with “complex” FS only, which could be linked to cognitive alterations in the long-term (5tharticle). Moreover, we showed these abnormalities differ depending on the type of complex FS. Still, we were unable to identify an additive or interactive link with stress reactivity (addendum). Taken together, these results highlight the existence of a link between stress, starting in the prenatal period, and FS. Hence, they highlight the importance of investigating prenatal, postnatal and current stress in the context of seizure disorders at large, including FS. Given the significant impact of stress on the quality of life of people living with epilepsy, increased knowledge on the link between early stress and seizures could lead to the development of early and non-invasive treatments targeting stress in the future. Moreover, although these results do not show stress to be associated with altered cognitive or electrophysiological prognosis in the context of FS, this link is nevertheless supported by animal research and should be the subject of future studies

La vision est le sens privilégié pour intéragir avec notre environnement. C’est pourquoi le système visuel prend plus d’un tiers du cortex cérébral. Lorsqu’un individu perd sa vision, ce système est dépourvu de sa source première de stimuli. Il subit donc une réorganisation neuronale massive et devient un espace intermodal. Pour ce faire, il recrute des afférences des autres modalités afin que celles-ci prennent en charge les fonctions qui sont normalement soutenues par la vision. Ce phénomène, appelé plasticité cérébrale, est stimulé par la durée de la cécité et par l’entraînement des sens fonctionnels. Ceci fait en sorte que les aveugles développent des supra-capacités dans les modalités fonctionnelles. La substitution sensorielle est un principe qui exploite ce phénomène. Celle-ci permet de substituer un sens déficient par un autre sens. Pour ce faire, des appareils de substitution sensorielle sont développés pour acheminer des informations visuelles via le toucher ou l’audition. Bien que le but de ces appareils est d’offrir une vision fonctionnelle aux aveugles, la problématique principale demeure l’indépendance de navigation des aveugles. Cependant, ces appareils sont très peu appréciés par les aveugles parce qu’ils sont inaccessibles et qu’ils fournissent un signal complexe qui demande un entraînement intense et une charge cognitive trop élevée. Dans ce projet, nous avons évalué le potentiel d’un nouvel appareil de substitution sensorielle qui fournit des informations strictement pertinentes à la navigation spatiale sous la forme de sons spatialisés horizontalement. Pour ce faire, des participants aveugles précoces, aveugles tardifs et des voyants aux yeux bandés ont été testé pour leurs habiletés à détecter et éviter des obstacles à l’aide de l’appareil dans des conditions expérimentales de détection et d’évitement d’obstacles. L’étude a démontré qu’il est possible d’utiliser cet appareil en tant qu’aide à la navigation et que ce système est utilisé plus efficacement par les groupes d’aveugles. / Vision is the preferred sense for interacting with our environment. This is why the visual system takes up more than a third of the cerebral cortex. When an individual loses his vision, this system misses its primary source of stimuli. It therefore undergoes a massive neuronal reorganization and becomes an intermodal space. To do so, it recruits afferents from other modalities so that they take over the functions that are normally mediated by vision. This phenomenon, known as cerebral plasticity, is stimulated by the experience of blindness as well as by the training of the functional senses. This causes the blind to develop supra-abilities in their functional modalities. Sensory substitution is a principle that exploits this phenomenon. It makes it possible to substitute a deficient modality with another modality. To help the blind, sensory substitution devices are being developed to convey visual information via touch or hearing. Although these devices attempt to provide functional vision for the blind, the main issue they try to address is the improvement of the navigational independency of the blind. However, these devices are very little appreciated by the blind since they are inaccessible and provide a complex signal that requires intense training and too high of a cognitive load. Therefore, in this project, we evaluated the potential of a new sensory substitution device that provides information strictly relevant to spatial navigation in the form of horizontally spatialized sounds. To do so, early blind , late blind and sighted blindfolded individuals were tested for their ability to detect and avoid obstacles using the device under experimental conditions. The study showed that it is possible to use this device as a navigation aid and that this system is used more effectively by the blind.

Le traitement auditif dans le cerveau humain et dans les systèmes informatiques consiste en une cascade de transformations représentationnelles qui extraient et réorganisent les informations pertinentes pour permettre l'exécution des tâches. Cette thèse s'intéresse à la nature des représentations acoustiques et aux principes de conception et d'apprentissage qui soutiennent leur développement. Les objectifs scientifiques sont de caractériser et de comparer les représentations auditives dans les réseaux de neurones convolutionnels profonds (CNN) et la voie auditive humaine. Ce travail soulève plusieurs questions méta-scientifiques sur la nature du progrès scientifique, qui sont également considérées. L'introduction passe en revue les connaissances actuelles sur la voie auditive des mammifères et présente les concepts pertinents de l'apprentissage profond. Le premier article soutient que les questions philosophiques les plus pressantes à l'intersection de l'intelligence artificielle et biologique concernent finalement la définition des phénomènes à expliquer et ce qui constitue des explications valables de tels phénomènes. Je surligne les théories pertinentes de l'explication scientifique que j’espére fourniront un échafaudage pour de futures discussions. L'article 2 teste un modèle populaire de cortex auditif basé sur des modulations spectro-temporelles. Nous constatons qu'un modèle linéaire entraîné uniquement sur les réponses BOLD aux ondulations dynamiques simples (contenant seulement une fréquence fondamentale, un taux de modulation temporelle et une échelle spectrale) peut se généraliser pour prédire les réponses aux mélanges de deux ondulations dynamiques. Le troisième article caractérise la spécificité linguistique des couches CNN et explore l'effet de l'entraînement figé et des poids aléatoires. Nous avons observé trois régions distinctes de transférabilité: (1) les deux premières couches étaient entièrement transférables, (2) les couches 2 à 8 étaient également hautement transférables, mais nous avons trouvé évidence de spécificité de la langue, (3) les couches suivantes entièrement connectées étaient plus spécifiques à la langue mais pouvaient être adaptées sur la langue cible. Dans l'article 4, nous utilisons l'analyse de similarité pour constater que la performance supérieure de l'entraînement figé obtenues à l'article 3 peuvent être attribuées aux différences de représentation dans l'avant-dernière couche: la deuxième couche entièrement connectée. Nous analysons également les réseaux aléatoires de l'article 3, dont nous concluons que la forme représentationnelle est doublement contrainte par l'architecture et la forme de l'entrée et de la cible. Pour tester si les CNN acoustiques apprennent une hiérarchie de représentation similaire à celle du système auditif humain, le cinquième article compare l'activité des réseaux «freeze trained» de l'article 3 à l'activité IRMf 7T dans l'ensemble du système auditif humain. Nous ne trouvons aucune évidence d'une hiérarchie de représentation partagée et constatons plutôt que tous nos régions auditifs étaient les plus similaires à la première couche entièrement connectée. Enfin, le chapitre de discussion passe en revue les mérites et les limites d'une approche d'apprentissage profond aux neurosciences dans un cadre de comparaison de modèles. Ensemble, ces travaux contribuent à l'entreprise naissante de modélisation du système auditif avec des réseaux de neurones et constituent un petit pas vers une science unifiée de l'intelligence qui étudie les phénomènes qui se manifestent dans l'intelligence biologique et artificielle. / Auditory processing in the human brain and in contemporary machine hearing systems consists of a cascade of representational transformations that extract and reorganize relevant information to enable task performance. This thesis is concerned with the nature of acoustic representations and the network design and learning principles that support their development. The primary scientific goals are to characterize and compare auditory representations in deep convolutional neural networks (CNNs) and the human auditory pathway. This work prompts several meta-scientific questions about the nature of scientific progress, which are also considered. The introduction reviews what is currently known about the mammalian auditory pathway and introduces the relevant concepts in deep learning.The first article argues that the most pressing philosophical questions at the intersection of artificial and biological intelligence are ultimately concerned with defining the phenomena to be explained and with what constitute valid explanations of such phenomena. I highlight relevant theories of scientific explanation which we hope will provide scaffolding for future discussion. Article 2 tests a popular model of auditory cortex based on frequency-specific spectrotemporal modulations. We find that a linear model trained only on BOLD responses to simple dynamic ripples (containing only one fundamental frequency, temporal modulation rate, and spectral scale) can generalize to predict responses to mixtures of two dynamic ripples. Both the third and fourth article investigate how CNN representations are affected by various aspects of training. The third article characterizes the language specificity of CNN layers and explores the effect of freeze training and random weights. We observed three distinct regions of transferability: (1) the first two layers were entirely transferable between languages, (2) layers 2--8 were also highly transferable but we found some evidence of language specificity, (3) the subsequent fully connected layers were more language specific but could be successfully finetuned to the target language. In Article 4, we use similarity analysis to find that the superior performance of freeze training achieved in Article 3 can be largely attributed to representational differences in the penultimate layer: the second fully connected layer. We also analyze the random networks from Article 3, from which we conclude that representational form is doubly constrained by architecture and the form of the input and target. To test whether acoustic CNNs learn a similar representational hierarchy as that of the human auditory system, the fifth article presents a similarity analysis to compare the activity of the freeze trained networks from Article 3 to 7T fMRI activity throughout the human auditory system. We find no evidence of a shared representational hierarchy and instead find that all of our auditory regions were most similar to the first fully connected layer. Finally, the discussion chapter reviews the merits and limitations of a deep learning approach to neuroscience in a model comparison framework. Together, these works contribute to the nascent enterprise of modeling the auditory system with neural networks and constitute a small step towards a unified science of intelligence that studies the phenomena that are exhibited in both biological and artificial intelligence.