La présente étude s’intéresse aux mécanismes neuronaux qui sous-tendent la rétention en mémoire à court terme auditive (MCTA) en utilisant la technique des potentiels reliés aux événements (PRE). Dans l’Expérience 1, nous avons isolé une composante de PRE, nommée SAN pour « sustained anterior negativity ». La SAN augmentait en amplitude négative plus le nombre de sons à maintenir en MCTA augmentait. Cet effet de charge était présent, bien que la durée totale des stimuli restait la même entre les conditions. L’effet de charge observé par la SAN dans l’Expérience 1 disparaissait dans l’Expérience 2, où les mêmes sons étaient utilisés, mais où la mémorisation de ceux-ci n’était plus requise. Finalement, dans l’Expérience 3, la tâche de MCTA a été effectuée avec et sans suppression articulatoire durant l'intervalle de rétention. L’effet de charge trouvé dans l’Expérience 1 était de nouveau observé, lorsque les participants faisaient la tâche de suppression articulatoire ou non. Ces résultats suggèrent que la SAN reflète l'activité nécessaire pour le maintien des objets acoustiques dans un système de MCTA qui serait distinct de la répétition phonologique. / We studied the neuronal mechanisms that implement acoustic short-term memory (ASTM) for pitch using event-related potentials (ERP). Experiment 1 isolated an ERP component, the sustained anterior negativity (SAN), that increased in amplitude with increasing memory load in ASTM using stimuli with equal duration at all memory loads. The SAN load effect found in Experment 1, when pitch had to be remembered to perform the task, was absent in Experiment 2 using the same sounds when memory was not required. In Experiment 3 the memory task was performed without or with concurrent articulatory suppression during the retention interval, to suppress rehearsal via an articulatory loop. Load-related effects found in Experiment 1 were found again, whether participants engaged in concurrent suppression or not. The results suggest that the SAN reflects activity required to maintain pitch objects in an ASTM system that is distinct from articulatory rehearsal.

L’objectif principal de cette thèse est d’examiner et d’intervenir auprès des déficits de la mémoire de travail (MdeT) à l’intérieur de deux populations cliniques : la maladie d’Alzheimer (MA) et le trouble cognitif léger (TCL). La thèse se compose de trois articles empiriques. Le but de la première expérimentation était d’examiner les déficits de MdeT dans le vieillissement normal, le TCL et la MA à l’aide de deux versions de l’empan complexe : l’empan de phrases et l’empan arithmétique. De plus, l’effet de «l’oubli» (forgetting) a été mesuré en manipulant la longueur de l’intervalle de rétention. Les résultats aux tâches d’empan complexe indiquent que la MdeT est déficitaire chez les individus atteints de TCL et encore plus chez les gens ayant la MA. Les données recueillies supportent également le rôle de l’oubli à l’intérieur de la MdeT. L’augmentation de l’intervalle de rétention exacerbait le déficit dans la MA et permettait de prédire un pronostic négatif dans le TCL. L’objectif de la deuxième étude était d’examiner la faisabilité d’un programme d’entraînement cognitif à l’ordinateur pour la composante de contrôle attentionnel à l’intérieur de la MdeT. Cette étude a été réalisée auprès de personnes âgées saines et de personnes âgées avec TCL. Les données de cette expérimentation ont révélé des effets positifs de l’entraînement pour les deux groupes de personnes. Toutefois, l’absence d’un groupe contrôle a limité l’interprétation des résultats. Sur la base de ces données, la troisième expérimentation visait à implémenter une étude randomisée à double-insu avec groupe contrôle d’un entraînement du contrôle attentionnel chez des personnes TCL avec atteinte exécutive. Ce protocole impliquait un paradigme de double-tâche composé d’une tâche de détection visuelle et d’une tâche de jugement alpha-arithmétique. Alors que le groupe contrôle pratiquait simplement la double-tâche sur six périodes d’une heure chacune, le groupe expérimental recevait un entraînement de type priorité variable dans lequel les participants devaient gérer leur contrôle attentionnel en variant la proportion de ressources attentionnelles allouée à chaque tâche. Les résultats montrent un effet significatif de l’intervention sur une des deux tâches impliquées (précision à la tâche de détection visuelle) ainsi qu’une tendance au transfert à une autre tâche d’attention divisée, mais peu d’effets de généralisation à d’autres tâches d’attention. En résumé, les données originales rapportées dans la présente thèse démontrent un déficit de la MdeT dans les maladies neurodégénératives liées à l’âge, avec un gradient entre le TCL et la MA. Elles suggèrent également une préservation de la plasticité des capacités attentionnelles chez les personnes à risque de développer une démence. / The principal aim of this dissertation is to investigate and intervene upon working memory (WM) impairments in two clinical populations: Alzheimer’s disease (AD) and mild cognitive impairment (MCI). The dissertation is comprised of three empirical articles. The goal of the first study was to examine WM impairments in normal aging, MCI and AD using two versions of the complex span task: sentence span and operation span. In addition, the effect of forgetting was assessed by manipulating the length of the retention interval. Results indicate impaired WM on complex spans in MCI and, to a greater extent, in AD. Data also support a role for forgetting within WM. Increasing the retention interval augmented deficit in persons with AD, and showed potential in predicting a negative prognosis in those with MCI. The objective of the second article was to investigate the feasibility of a computerized cognitive training paradigm for the attentional control component of WM in healthy older individuals and those with MCI. Data from this experiment revealed positive effects of the intervention for both groups. However, the absence of a control group limited interpretation of results. Based on those data, the third article aimed to implement a double-blind randomized controlled study of training of attentional control in MCI with executive deficits. This involved a dual-task paradigm comprised of a visual detection task and a visual alpha-arithmetic judgment task. While the control group performed simple dual-task practice over six one-hour sessions, the experimental group received variable-priority training, in which participants managed their attentional control by varying the proportion of attentional resources allocated to each task. Results show a significant effect of intervention on one of the two tasks involved (accuracy on the visual detection task) and a trend for transfer to another task of divided attention, but little generalization to other tasks of attention. In summary, the original data reported in this thesis demonstrates WM impairment in age-related disorders, with a gradient between MCI and AD, and suggest preserved plasticity of attentional capacities in persons at risk of developing dementia.

La consolidation est le processus qui transforme une nouvelle trace mnésique labile en ‎une autre plus stable et plus solide. Une des tâches utilisées en laboratoire pour ‎l’exploration de la consolidation motrice dans ses dimensions comportementale et ‎cérébrale est la tâche d’apprentissage de séquences motrices. Celle-ci consiste à ‎reproduire une même série de mouvements des doigts, apprise de manière implicite ou ‎explicite, tout en mesurant l’amélioration dans l’exécution. Les études récentes ont ‎montré que, dans le cas de l’apprentissage explicite de cette tâche, la consolidation de la ‎trace mnésique associée à cette nouvelle habileté dépendrait du sommeil, et plus ‎particulièrement des fuseaux en sommeil lent. Et bien que deux types de fuseaux aient ‎été décrits (lents et rapides), le rôle de chacun d’eux dans la consolidation d’une ‎séquence motrice est encore mal exploré. En effet, seule une étude s’est intéressée à ce ‎rôle, montrant alors une implication des fuseaux rapides dans ce processus mnésique ‎suite à une nuit artificiellement altérée. D’autre part, les études utilisant l’imagerie ‎fonctionnelle (IRMf et PET scan) menées par différentes équipes dont la notre, ont ‎montré des changements au niveau de l’activité du système cortico-striatal suite à la ‎consolidation motrice. Cependant, aucune corrélation n’a été faite à ce jour entre ces ‎changements et les caractéristiques des fuseaux du sommeil survenant au cours de la nuit ‎suivant un apprentissage moteur. Les objectifs de cette thèse étaient donc: 1) de ‎déterminer, à travers des enregistrements polysomnographiques et des analyses ‎corrélationnelles, les caractéristiques des deux types de fuseaux (i.e. lents et rapides) ‎associées à la consolidation d’une séquence motrice suite à une nuit de sommeil non ‎altérée, et 2) d’explorer, à travers des analyses corrélationnelles entre les données ‎polysomnographiques et le signal BOLD (« Blood Oxygenated Level Dependent »), ‎acquis à l’aide de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), ‎l’association entre les fuseaux du sommeil et les activations cérébrales suite à la ‎consolidation de la séquence motrice. Les résultats de notre première étude ont montré ‎une implication des fuseaux rapides, et non des fuseaux lents, dans la consolidation ‎d’une séquence motrice apprise de manière explicite après une nuit de sommeil non ‎altérée, corroborant ainsi les résultats des études antérieures utilisant des nuits de ‎sommeil altérées. En effet, les analyses statistiques ont mis en évidence une ‎augmentation significative de la densité des fuseaux rapides durant la nuit suivant ‎l’apprentissage moteur par comparaison à la nuit contrôle. De plus, cette augmentation ‎corrélait avec les gains spontanés de performance suivant la nuit. Par ailleurs, les ‎résultats de notre seconde étude ont mis en évidence des corrélations significatives entre ‎l’amplitude des fuseaux de la nuit expérimentale d’une part et les gains spontanés de ‎performance ainsi que les changements du signal BOLD au niveau du système cortico-‎striatal d’autre part. Nos résultats suggèrent donc un lien fonctionnel entre les fuseaux ‎du sommeil, les gains de performance ainsi que les changements neuronaux au niveau ‎du système cortico-striatal liés à la consolidation d’une séquence motrice explicite. Par ‎ailleurs, ils supportent l’implication des fuseaux rapides dans ce type de consolidation ; ‎ceux-ci aideraient à l’activation des circuits neuronaux impliqués dans ce processus ‎mnésique et amélioreraient par la même occasion la consolidation motrice liée au ‎sommeil.‎ / Motor memory consolidation refers to brain plasticity processes resulting in enduring ‎long-term changes in the neural representations of the learned experiences. One of the ‎paradigms used in the laboratory to study motor consolidation in both its behavioral and ‎neuronal dimensions is the motor sequence learning task. The latter consists in executing ‎the same series of implicitly or explicitly learned movements, and then in looking at the ‎subsequent spontaneous improvement in performance after a period of time without ‎additional practice. On one hand, recent studies have shown that in the case of explicit ‎motor sequence learning, consolidation highly correlated with sleep, and more ‎particularly with N-REM sleep spindles. Even though two types of spindles have been ‎identified (fast and slow spindles), the role of these two sleep features in the ‎consolidation of motor sequence learning is still unclear. In fact, only one study explored ‎this role through artificially altered nights, showing an implication of fast spindles in this ‎process. On the other hand, several functional imaging studies (using functional ‎magnetic resonance imaging [fMRI] and positron emission tomography [PET] scans), ‎have shown changes in the activity of the cortico-striatal system following the ‎consolidation of an explicitly learned motor sequence. But to this day, no study has yet ‎investigated the relationship between these brain functional changes and the sleep ‎spindles characteristics occurring during the night following the experimental task. The ‎objectives of this study were thus: 1) to determine, through polysomnographic ‎recordings and correlation analysis, the contribution of the two spindle types (i.e. slow ‎and fast) to the consolidation of a newly learned motor sequence task following an ‎unaltered night of sleep, and 2) to explore through correlation analysis, the association ‎between sleep spindles and neuronal changes that occur during consolidation of this ‎motor skill. The results of our first study showed that fast, but not slow, sleep spindles ‎play a role in the motor memory consolidation process. Indeed, statistical analyses ‎revealed a significant increase in the density of fast spindles during the night following ‎the motor sequence learning when compared to the control night. Furthermore, this ‎increase in spindles correlated with the spontaneous gains in performance following ‎sleep. Interestingly, the results of our second study revealed correlations between the ‎amplitude of the spindles during the experimental night on the one hand, the amount of ‎spontaneous gains in performance overnight as well as the changes in the BOLD signal ‎within the cortico-striatal system on the other hand. Taken together, our results suggest a ‎functional link between sleep spindles and both overnight gains in performance and ‎brain correlates reflecting motor memory consolidation of a newly acquired sequence of ‎movements. They also support the notion that fast spindles seem to play a more ‎prominent role in this consolidation process, as they appear to help activate the cerebral ‎network involved in it and thus to improve sleep-dependent motor memory ‎consolidation.‎

Le fardeau vasculaire (présence de maladies vasculaires et/ou cérébrovasculaires) est associé à une augmentation des troubles cognitifs chez les personnes âgées, ainsi qu’à un plus haut risque de démence vasculaire (DV) et de démence de type Alzheimer (DTA). Un nombre restreint de travaux a porté sur l’impact du fardeau vasculaire sur la cognition des personnes avec trouble cognitif léger (TCL). Pourtant, les personnes avec TCL représentent une population d’intérêt puisqu’elles sont à haut risque d’évoluer vers une démence. Cette thèse comprend trois articles de revue qui visent à exposer les connaissances entourant la santé vasculaire et la cognition des personnes âgées et trois articles empiriques (Chapitres 5, 6, 7). La première étude empirique traite de l’impact du fardeau vasculaire sur la cognition des personnes TCL et a comme objectif de spécifier quelles fonctions cognitives sont affectées par le fardeau vasculaire et dans quelle mesure le fardeau vasculaire influence l’hétérogénéité des TCL (Chapitre 5). Dans le cadre de la deuxième étude, nous avons examiné l’intégrité des processus stratégiques et non stratégiques de mémorisation des TCL avec et sans fardeau vasculaire, afin d’évaluer si ces processus diffèrent quantitativement et qualitativement entre ces deux groupes (Chapitre 6). Enfin, dans la troisième étude nous avons évalué les capacités d’association (binding) ainsi que la résistance à l’interférence des personnes TCL, les liens entre ces processus mnésiques et différents marqueurs cérébraux en plus des facteurs permettant de prédire l’évolution vers une démence (Chapitre 7). Les résultats présentés dans cette thèse appuient l’hypothèse selon laquelle le fardeau vasculaire influence le profil cognitif des TCL. Dans un premier temps, nous avons montré que le fardeau vasculaire est associé à une atteinte exécutive plus importante chez les TCL (Chapitre 5). De plus, nos résultats suggèrent que le fardeau vasculaire influence la classification clinique de ces derniers, puisque ceux dont le fardeau est élevé répondent davantage aux critères de TCL amnestique domaine multiple (trouble de mémoire plus au moins un autre déficit cognitif) tandis que ceux sans fardeau répondent davantage aux critères de TCL amnestique domaine unique (trouble isolé de la mémoire). Dans un deuxième temps, nous avons montré des différences dans la nature des processus mnésiques atteints chez les TCL avec et sans fardeau vasculaire (Chapitre 6). Alors que les premiers présentent une atteinte prédominante des processus stratégiques de mémorisation, les seconds présentent une atteinte des processus stratégiques et non stratégiques de mémorisation. Lorsque seuls les résultats des TCL ayant évolué vers une démence sont analysés, le patron d’atteinte est similaire puisque les TCL vasculaires sont quantitativement moins touchés que les TCL non-vasculaires au niveau des processus non-stratégiques de mémorisation. Enfin, tant les TCL qui progressent vers une démence que les TCL qui restent stables après un suivi de trois ans éprouvent tous des difficultés de mémoire associative et sont sensibles à l’interférence proactive (Chapitre 7). De plus, le fardeau vasculaire est associé à la sensibilité à l’interférence alors que le volume hippocampique est associé aux difficultés de mémoire associative. Enfin, nos résultats indiquent que les TCL qui éprouvent des difficultés de mémoire associative sont plus à risque d’évoluer vers une démence que les TCL ne présentant pas ces mêmes difficultés. De façon globale, les résultats de cette thèse révèlent que le fardeau vasculaire joue un rôle important dans l’hétérogénéité des TCL. / Vascular burden (presence of vascular diseases and/or cerebrovascular diseases) increase cognitive deficits in older adults and have been associated with vascular dementia and Alzheimer’s diseases. However, only a few studies have examined the impact of vascular burden on cognitive functioning in persons with mild cognitive impairment (herein referred to as MCIs). Individuals with MCI are a target population for research since they are at high risk of developing dementia. Understanding the factors that influence MCIs cognition is thus a priority. This thesis aims to identify the impact of vascular burden on MCI’s cognition. First, a summary of the literature concerning vascular health and cognitive functioning in the elderly is presented here (Chapters 1, 2, 3 and 4). Then, three studies that represent the core of this thesis are exposed. The first one aims to identify which cognitive functions are affected by vascular burden in MCIs (Chapter 5). In the second one, we assess strategic and non strategic memory processes in MCI with and without vascular burden (Chapter 6). Finally, in the last study, we assess binding and sensitivity to proactive interference in MCIs who progress to dementia, and MCIs who remain stable in a three-year follow-up (Chapter 7). This latter study also assesses which brain changes influence binding and interference capacity in MCIs and which factors predict progression to dementia. Results of this thesis first revealed that vascular burden plays an important role in cognitive heterogeneity of MCIs. First, MCIs who present a high vascular burden have more executive deficits. Second, those same MCIs run a greater risk of being clinically classified as amnestic multiple domain MCIs (memory impairment plus impairment in at least one cognitive domain, whereas MCIs with no vascular burden run a greater risk of being classified as amnestic single domain MCIs (isolated memory impairment) (Chapter 7). In the second article of this thesis, we showed that MCIs with vascular burden have memory impairment restricted to strategic memory processes. When only the results of MCIs who progressed to dementia were analysed, a similar pattern of memory impairment was found, since MCIs with vascular burden were less impaired in non strategic than strategic processes, whereas both processes were impaired in MCIs with no vascular burden (Chapter 8). Finally, MCIs who progressed to dementia, and those who remained stable after a three-year follow-up, showed binding difficulties and vulnerability to proactive interference. This difference was particularly evident when only MCI progressors were compared to healthy controls. In summary, vascular burden plays a role in the cognitive heterogeneity of MCI.

Il a été suggéré que la similarité physique entre un observateur et une action observée facilite la perception et la compréhension d’action. Par exemple, l’observation d’un acteur exécutant des gestes de la main ayant une signification culturelle est associée à une augmentation de l’excitabilité corticospinale lorsque les deux individus sont de la même ethnicité (Molnar-Szakacs et al., 2007). La perception tactile serait également facilitée lorsqu’un individu regarde un modèle de sa propre race être touché (Serino et al., 2009), tandis que des études en imagerie cérébrale fonctionnelle suggèrent la présence d’activations plus importantes dans le cortex cingulaire lorsqu’un sujet observe une personne de son propre groupe racial ressentir de la douleur (Xu et al., 2009). Certaines études ont lié ces résultats à un mécanisme de résonance motrice, possiblement associé au système des neurones miroirs (SNM), suggérant que la représentation de l’action dans les aires motrices est facilitée par la similarité physique. Toutefois, la grande majorité des stimuli utilisés dans ces études comportent une composante émotionnelle ou culturelle pouvant masquer les effets purement moteurs liant la similarité physique à un mécanisme de résonance motrice. De plus, la sélectivité de l’activation du SNM face à des stimuli biologiques a récemment été remise en question en raison de biais méthodologiques. La présente thèse présente trois études visant à évaluer l’effet de la similarité physique et des caractéristiques biologiques d’un mouvement sur la résonance motrice à l’aide de mesures comportementales et neurophysiologiques. À cet effet, l’imitation automatique de mouvements de la main, l’excitabilité corticospinale et la désynchronisation du rythme électroencéphalographique mu ont servi de marqueurs de l’activité du SNM. Dans les trois études présentées, la couleur de la peau et l’aspect biologique du stimulus observé ou imité ont été systématiquement manipulés. Nos données confirment la sélectivité du SNM pour le mouvement biologique en démontrant une réponse imitative plus rapide et une désynchronisation du rythme mu plus prononcée lors de la présentation de stimuli biologiques comparativement à des stimuli non-biologiques répliquant les aspects physiques du mouvement humain. Les deux mêmes mesures montrent une réponse neurophysiologique et comportementale équivalente lorsque l’action est exécutée par un agent de couleur similaire ou dissimilaire au participant. Nous rapportons aussi un effet surprenant de la similarité physique sur l’excitabilité corticospinale, où l’observation d’une action exécutée par un agent de couleur différente est associée à une activation plus grande du cortex moteur primaire droit de participants de sexe féminin. Prises dans leur ensemble, ces données suggèrent que la similarité physique avec une action observée ne module généralement pas l’activité du SNM au niveau des aires sensorimotrices en l’absence de composantes culturelles et émotionnelles. De plus, les résultats présentés suggèrent que le SNM est sélectif au mouvement biologique plutôt qu’à l’aspect kinématique du mouvement. / It has been suggested that physical similarity with an observed model facilitates action perception and understanding. For example, increased corticospinal excitability is found in participants observing actors of their own ethnicity performing culture-specific hand movements (Molnar-Szakacs et al., 2007). Tactile perception is also said to be increased when individuals watch a model of the same race being touched (Serino et al., 2009). Moreover, imaging data suggest that stronger activations are observed in the cingulate cortex when a subject observes a person of their own race feeling pain (Xu et al., 2009). Some studies have linked these findings with a motor resonance mechanism, possibly associated with the mirror neuron system (MNS), suggesting that action representation in motor areas is facilitated by physical similarity. However, most of the observed stimuli in those studies include emotional or cultural components, which may blur the link between physical similarity and motor resonance per se. The present thesis is comprised of three studies that aimed at evaluating the effect of physical similarity on motor resonance using stimuli that are purely motor in nature. The effect of physical similarity on motor responses during action observation was assessed with behavioral and electrophysiological measures. To this end, imitation of simple finger movements, as well as corticospinal excitability and mu rhythm desynchronization during passive observation of simple finger movements was evaluated, using stimuli that were similar or dissimilar to the participant in terms of skin color. In line with previous results, observation of biological movement resulted in faster reaction times and greater mu desynchronization compared to non-biological movement. Physical similarity with the imitated or observed hand did not affect imitation speed or mu desynchronization. It did, however, have a surprising effect on corticospinal excitability, where the amplitude of transcranial magnetic stimulation-induced motor evoked potentials was greater in the right hemisphere of female participants observing hand movement executed by hands of a different color. These data suggest that physical similarity with an observed action in terms of skin color does not modulate MNS activity in sensorimotor cortex when cultural and emotional components are absent. The present results also strengthen the notion that the motor cortex node of the MNS is tuned to the biological nature of an observed action.

Bien que l’imagerie motrice positive ait été bien étudiée et est utilisée en réhabilitation, l’effet de l’imagerie motrice négative est beaucoup moins connu. Le but de cette recherche était de définir si l’intention et/ou l’imagerie motrice négative serait en mesure de réduire l’effet d’une stimulation magnétique transcrânienne (SMT) sur le cortex moteur. Vingt participants ont reçu trente stimulations de SMT dans trois situations différentes : En restant passif, en portant une attention particulière aux sensations dans leur main ou en tentant de réduire l’effet de la SMT. La moitié des participants ont utilisé une stratégie d’imagerie motrice, l’autre moitié leur intention. Dans les deux cas, l’amplitude dans la condition de modulation n’a pas été réduite de façon significative. / Although positive motor imagery has been widely studied and is used in rehabilitation, the effect of negative motor imagery on our motor system is less well understood. Our goal was to ascertain whether intention and/or negative visual imagery is effective in decreasing the twitch resulting from transcranial magnetic stimulation (TMS) over the primary motor cortex. Twenty participants received 30 TMS stimulations in three different conditions: remaining passive, paying particular attention to the sensations in their hand, and attempting to modulate the amplitude of the resulting movement. To do this, half the participants used an imagery strategy, whereas the other half used an intention strategy. In both cases, amplitude in the modulation condition was not significantly reduced.

Déterminer si quelqu’un est digne de confiance constitue, tout au long de notre vie, une décision à la base de nos interactions sociales quotidiennes. Des études récentes chez les jeunes adultes ont proposé que le jugement de confiance basé sur un visage constituerait une extension des processus de reconnaissance des expressions faciales, particulièrement de la colère et de la joie (Todorov, 2008). Bien que le jugement de confiance soit d’une grande importance tout au long de notre vie, à notre connaissance, aucune étude n’a tenté d’explorer l’évolution de ce processus au cours du vieillissement. Pourtant, sachant que les personnes âgées saines sont moins efficaces que les jeunes adultes pour reconnaître les expressions faciales émotionnelles (Ruffman et al., 2008; Calder et al., 2003), des différences pourraient exister dans les capacités de ces deux groupes d’âge à poser un jugement de confiance. Le présent travail a permis d’explorer, pour une première fois, les processus perceptifs sous-jacents au jugement de confiance chez une population âgée saine ainsi que chez une population présentant une démence fronto-temporale. Les résultats démontrent que les représentations de colère, de joie et de confiance sont similaires chez les jeunes et les âgés sains et suggèrent qu’il existe bel et bien un lien entre le jugement de confiance et les jugements de joie et de colère. De plus, ils révèlent que ce lien persiste au cours vieillissement, mais que les adultes âgés sains se fient davantage à leur représentation de la colère que les jeunes adultes pour déterminer si un visage est digne de confiance ou non. Enfin, les patients présentant une démence fronto-temporale possèdent des représentations différentes des âgés sains en ce qui concerne la colère, la joie et la confiance, et ils semblent se fier davantage à leur représentation de la joie que les âgés sains pour déterminer le niveau de confiance d’un visage. / To determine whether someone looks trustworthy or not is, throughout our lives, a basic decision in our social interactions. Recent studies have suggested that this type of judgment may be an extension of facial expression judgments, more specifically of anger and happiness judgments (Todorov, 2008). Even though trustworthiness judgments play a great role in our social interactions throughout our lives, little is known about the evolution of this process through aging. However, knowing that older adults are less efficient than younger adults in identifying facial expressions (Ruffman et al., 2008; Calder et al., 2003), one could expect to find differences between young and older adults in the way they judge trustworthiness. This work aimed to explore, for the first time, perceptual processes underlying trustworthiness judgments in a healthy older adult population as well as in a population of fronto-temporal dementia (FTD) patients. Results show that anger, happiness and trustworthiness representations are similar between young and older adults, and they suggest that a relationship does exist between emotional judgments and trustworthiness judgments. Moreover, results show that this relationship persists throughout aging, but that older adults rely more on their representation of anger than younger in adults while judging trustworthiness. Finally, patients with fronto-temporal dementia show different representations of anger, happiness and trustworthiness than that of the controls. Also, for trustworthiness judgments, they rely more on their representation of happiness than controls.

Thèse réalisée en cotutelle avec l'Université catholique de Louvain. / Ce travail de thèse s’est intéressé à la plasticité cérébrale associée à la privation/restauration visuelle. A travers deux études transversales utilisant l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle auprès d’un groupe de participants présentant une cécité congénitale ou précoce (ainsi qu’auprès d’un groupe contrôle de participants voyants), nous avons tenté de caractériser la manière dont le cortex occipital - typiquement dédié au traitement de l’information visuelle - se réorganise afin de traiter différents stimuli auditifs. Nous démontrons qu’en cas de cécité précoce, différentes régions du cortex occipital présentent une préférence fonctionnelle pour certains types de stimuli non-visuels, avec une spécialisation fonctionnelle qui respecte celle de régions typiquement impliquées dans le traitement d’informations similaires en vision. Ces découvertes constituent une avancée conceptuelle concernant le rôle joué par les contraintes intrinsèques d’une part, et par l’expérience d’autre part, dans l’émergence de réponses sensorielles et fonctionnelles du cortex occipital. D’une part, l’observation de réponses occipitales à la stimulation auditive chez le non-voyant précoce (réorganisation transmodale) rend compte de la capacité du cortex occipital à réorienter sa modalité sensorielle préférentielle en fonction de l’expérience. D’autre part, l’existence de modules cognitifs spécialisés dans le cortex occipital du non-voyant précoce, semblables à ceux du cerveau voyant, démontre les contraintes intrinsèques imposées à une telle plasticité. Dans une étude de cas longitudinale, nous avons également exploré comment les changements plastiques associés à la cécité interagissent avec une récupération visuelle partielle à l’âge adulte. Nous avons réalisé des mesures pré et post-opératoires auprès d’un patient ayant récupéré la vision, en combinant les techniques comportementales ainsi que de neuroimagerie fonctionnelle et structurelle afin d’investiguer conjointement l’évolution de la réorganisation transmodale et de la récupération des fonctions visuelles à travers le temps. Nous démontrons que les changements structurels et fonctionnels caractérisant le cortex occipital du non-voyant sont partiellement réversibles suite à une récupération visuelle à l’âge adulte. De manière générale, ces recherches témoignent de l’importante adaptabilité du cortex occipital aux prises avec des changements drastiques dans l’expérience visuelle. / The present Ph.D. work was dedicated to the study of experience-dependent brain plasticity associated with visual deprivation/restoration. In two cross-sectional studies involving the use of functional magnetic resonance imaging in a group of participants with congenital or early blindness (and in a control group of sighted participants), we attempted to characterize the way the occipital cortex - typically devoted to vision – reorganizes itself in order to process different auditory stimuli. We demonstrate that in case of early visual deprivation, distinct regions of the occipital cortex display a functional preference for specific non-visual attributes, maintaining a functional specialization similar to the one that characterizes the sighted brain. Such studies have shed new light on the role played by intrinsic constraints on the one side, and experience on the other, in shaping the modality- and functional tuning of the occipital cortex. On the one hand, the observation of occipital responses to auditory stimulation (crossmodal plasticity) highlights the ability of the occipital cortex to reorient its preferential tuning towards the preserved sensory modalities as a function of experience. On the other hand, the observation of specialized cognitive modules in the occipital cortex, similar to those observed in the sighted, highlights the intrinsic constraints imposed to such plasticity. In a longitudinal single-case study, we further explored how the neuroplastic changes associated with blindness may interact with the newly reacquired visual inputs following partial visual restoration in adulthood. We performed both pre- and post-surgery measurements in a sight-recovery patient combining behavioral, neurostructural and neurofunctional methods in order to jointly investigate the evolution of crossmodal reorganization and visual recovery across time. We demonstrate that functional and structural changes evidenced in the visually-deprived occipital cortex can only partially reverse following sight restoration in adulthood. Altogether, our findings demonstrate the striking adaptability of the occipital cortex facing drastic changes in visual experience.

Le terme « tiqueur » est utilisé pour alléger le texte, et ce, sans préjudice. / Les tics sont des manifestations motrices ou phoniques, involontaires, soudaines, rapides, stéréotypées, non rythmiques et répétitives (Bloch & Leckman, 2009). Selon la cinquième version du manuel diagnostique et statistique des troubles mentaux (DSM-5), le Syndrome Gilles de la Tourette (SGT) inclut la présence de tics moteurs multiples associés à au moins un tic phonique se manifestant plusieurs fois par jour, depuis plus d'un an (APA, 2013). Lorsqu’au moins un tic moteur ou phonique existe de façon isolée depuis au moins un an, le diagnostic de Trouble de tics chroniques est plutôt envisagé (TTC). Plusieurs études ont permis de montrer une similarité entre le SGT et le TTC du point de vue des comorbidités, ainsi que des variables neuropsychologiques et psychosociales associées (Spencer & al., 1995; Shapiro & Shapiro, 1982). Ainsi, plusieurs auteurs suggèrent que le TTC constitue une forme moins sévère du SGT (Jedynak, 2004). Les effets néfastes associés aux tics chroniques sur la vie sociale, scolaire ou professionnelle sont suffisamment bien documentés dans la littérature scientifique (Cavanna, Servo, Monaco & Robertson, 2009; Robertson, 2006; Thibert, Day & Sandor, 1995). Les thérapies cognitivo-comportementales (TCC) représentent une bonne alternative à la médication dont les effets secondaires peuvent parfois être très incommodants. Toutefois, ces dernières montrent un taux d’efficacité très variable, de 30 % à 67 % selon les études (Verdellen, Van de Griendt, Hartmann & Murphy, 2011; Piacentini & al., 2010; O’Connor et al., 2015, 2008, 2005a, 2005b, 2001, 1997a, 1997b, 1997c). Pour cette raison, plusieurs auteurs ont tenté de prédire le taux de réussite thérapeutique associé à une TCC par une série de facteurs neuropsychologiques afin de trouver un élément d’explication à ces variations. La plupart s’accordent pour dire que le taux de réussite d’une TCC dépend du fonctionnement exécutif, et notamment des capacités d’inhibition et de flexibilité cognitive. Les participants ciblés par cette étude sont des adultes âgés entre 18 et 50 ans souffrants d’un SGT ou d’un Trouble de tics chroniques (n = 92), comparés à des participants sans problème psychiatrique ou neurologique (n = 56). La cueillette de données s’est effectuée au Centre d’Étude sur les Troubles Obsessionnel-Compulsif et les Tics (CÉTOCT), entre 2003 et 2013. L’objectif du premier volet de cette étude visait à comparer les capacités d’inhibition et de flexibilité cognitive chez un groupe de participants atteints de tics chroniques et un groupe de participants neurotypiques (groupe témoin). D’autre part, l’objectif du deuxième volet visait à mesurer les capacités d’inhibition et de flexibilité cognitive chez deux sous-groupes de participants : un sous-groupe ayant fortement réussi une Thérapie Cognitivo-Comportementale (TCC) pour les tics chroniques et un autre ayant faiblement réussi. Les résultats obtenus montrent que les participants atteints de tics chroniques présentent, de façon significative, de plus faibles capacités d’inhibition et de flexibilité cognitive qu’un groupe témoin. Toutefois, seules les capacités de flexibilité cognitive permettent de prédire significativement le taux de réussite thérapeutique associé à une TCC pour les tics chroniques. / Tics are involuntary motor movements or vocalizations which are sudden, rapid, stereotyped, non-rhythmic and repetitive (Bloch & Leckman, 2009). According to the fifth edition of the Diagnostic and statistical manual of mental disorders (DSM-5), Tourette’s Disorder (TD) includes multiple motor tics and at least one vocal tic that can be observed multiple times every day for more than a year (APA, 2013). When at least one motor or vocal tic can be observed for at least a year, Chronic Tic Disorder (CTD) is diagnosed instead. Multiple studies show similarities between TD and CTD for comorbidities as well as associated neuropsychological and psychosocial variables (Spencer & al., 1995; Shapiro & Shapiro, 1982). Many authors suggest that CTD is actually a milder form of TD (Jedynak, 2004). The harmful effects of chronic tics on social, academic or professional life are extensively documented in the scientific literature (Cavanna, Servo, Monaco & Robertson, 2009; Robertson, 2006; Thibert, Day & Sandor, 1995). Cognitive-behavioral therapies (CBT) represent an alternative to medications whose side effects can sometimes be incapacitating. However, their success rate is highly variable, from 30% to 67% depending on the study (Verdellen, Van de Griendt, Hartmann & Murphy, 2011; Piacentini & al., 2010; O’Connor et al., 2015, 2008, 2005a, 2005b, 2001, 1997a, 1997b, 1997c). For this reason, many authors tried to predict the therapeutic success rate by using a series of neuropsychological factors in order to explain these variations. The general consensus is that the success rate of a CBT depends on executive functioning, notably on inhibition and cognitive flexibility. Participants in this study are adults aged 18 to 50 suffering from TD or CTD (n = 92) who are compared to participants without a diagnosed psychiatric or neurological disorder (n = 56). The data was collected at the Centre d’Étude sur les Troubles Obsessionnels-Compulsifs et les Tics (CÉTOCT) between 2003 and 2013. The objective of the first part of this study was to compare the inhibition and cognitive flexibility of a group of participants with chronic tics and a group of neurotypical participants (control group). On the other hand, the aim of the second component was to measure inhibition and cognitive flexibility in two subgroups of participants : a subgroup that strongly succeeded in Cognitive Behavioral Therapy (CBT) for chronic tics and another with weak success. The results showed that participants with chronic tics had significantly lower inhibition and cognitive flexibility than a control group. However, only cognitive flexibility can significantly predict the therapeutic success rate associated with CBT for chronic tics.

L’amusie congénitale est un trouble neurodéveloppemental qui affecte la perception mélodique, malgré une ouïe et une intelligence normale. Un déficit de la discrimination des fines variations de hauteur des sons serait à l’origine de ces difficultés. Les études ayant permis de caractériser les corrélats neuronaux de ce trouble ont mis en lumière des anomalies anatomiques et fonctionnelles du réseau fronto-temporal droit dans l’amusie. Notamment, les processus tardifs et conscients de détection des fines variations de hauteur sonore apparaissent perturbés chez les amusiques, alors que le traitement plus précoce et automatique de ces mêmes variations de hauteur serait normal. À ce jour, la vaste majorité des études sur l’amusie congénitale ont été effectuées auprès d’adultes et nous détenons peu d’informations sur la façon dont ce trouble se manifeste au cours du développement. La présente thèse vise ainsi à caractériser les corrélats comportementaux et neuronaux de l’amusie congénitale chez l’adolescent, pour ensuite explorer les perspectives de réhabilitation de ce trouble neurodéveloppemental. Dans une première étude, nous avons tenté de mieux comprendre comment le cerveau d’adolescents amusiques traite les fines variations de hauteur des sons, tant en ce qui a trait aux processus précoces et automatiques (associés à la composante de potentiel évoqué mismatch negativity; MMN) qu’au niveau du traitement conscient et plus tardif (associé à la composante de potentiel évoqué P300), en comparaison aux contrôles. Nous avons étudié les effets d’un mois d’écoute musicale quotidienne chez ces participants. Une deuxième étude a ensuite été effectuée, afin d’examiner l’impact de trois mois de leçons de guitare sur le traitement des fines variations de hauteur sonore chez des adolescents ii amusiques et leurs témoins. Nous nous sommes intéressés aux effets de cette formation musicale sur diverses composantes des potentiels évoqués, dont la P300 et la MMN. Les résultats de cette thèse révèlent que l’amusie peut se manifester à part entière à l’adolescence. Plus précisément, les adolescents amusiques présentent un profil hautement similaire à celui documenté chez l’adulte, soit une incapacité à détecter consciemment les fines variations de hauteur des sons, associée à l’absence de la composante P300, en dépit d’un traitement précoce et automatique normal tel que reflété par une MMN comparable aux contrôles. En outre, il appert qu’un mois d’écoute musicale quotidienne ne constitue pas une technique de réhabilitation efficace dans l’amusie, dont les manifestations sont demeurées inchangées suite à cette intervention. Par ailleurs, nos résultats révèlent qu’il est possible pour de jeunes amusiques d’apprendre à jouer d’un instrument de musique et que cette formation musicale a le potentiel d’engendrer des phénomènes de plasticité cérébrale prometteurs chez certains d’entre eux. Plus précisément, nous observons l’émergence de la composante P300 associée à une amélioration des capacités de discrimination des fines variations de hauteur chez trois amusiques sur quatre suite à cette intervention. Ces résultats enrichissent notre compréhension de l’amusie et de sa trajectoire développementale, en plus de motiver de futurs travaux de recherche qui pourraient mener au développement d’interventions optimales dans une perspective de réhabilitation de ce trouble neurodéveloppemental. / Congenital amusia is a neurodevelopmental disorder that specifically impairs melodic perception despite normal hearing and intelligence. The disorder is thought to arise from a deficit in perceiving fine-grained pitch changes. Studies that aimed to characterize the neural correlates of congenital amusia have highlighted anatomical and functional anomalies along the right fronto-temporal pathways. Notably, the amusic brain has been shown to perceive fine-grained pitch distinctions at an early and automatic level of processing, but this does not reach higher levels of conscious processing. To date, the majority of research on amusia has been performed with adults and consequently little information has been acquired on how this disorder manifests itself during development. The goal of this thesis is therefore to characterize the behavioral and neural correlates of congenital amusia during adolescence, and then to explore different rehabilitation strategies in an attempt to attenuate the perceptual deficits. In a first study, we documented how amusic adolescents process fine-grained pitch changes using event-related potentials, both in terms of early and automatic processing (as indexed by the mismatch negativity component; MMN) and conscious processing (associated with the P300 component) compared to controls. We also explored the effects of a month of daily music listening among these participants. A second study was then conducted to explore the impact of three months of weekly guitar lessons on fine-grained pitch processing in amusic adolescents and controls. In particular, we investigated the effects of musical training on various evoked-potential components, including the P300 and the MMN. The results show that amusia can be fully expressed in the developing brain with manifestations that are similar to those observed in adults. Specifically, the amusic adolescent brain does not elicit a normal positivity (P300) in response to small pitch changes, while early and automatic processing of these pitch deviations appears normal (as indexed by the MMN). In addition, it appears that a month of daily music listening is not an effective amusia remediation strategy, since all electrophysiological and behavioral manifestations were unchanged following this intervention. Furthermore, we show that it is possible for amusic adolescents to learn to play a musical instrument despite their perceptual deficit and this intervention as the potential to induce promising brain plasticity phenomena for some of them. Specifically, a P300 response elicited by fine-grained pitch changes was seen after three months of guitar lessons in three out of four amusic adolescents. Importantly, the emergence of the P300 was paralleled by an improved perceptual ability to detect fine-grained pitch changes. These findings add to our understanding of congenital amusia and its developmental trajectory, while motivating future research that could lead to the development of optimal interventions to help young people with amusia engage with music.