L'objectif de cette thèse est d'étudier le traitement des expressions faciales de douleur d'un point de vue psychophysique et neurophysiologique. Contrairement aux autres émotions dites de base, la douleur est à la fois une expérience sensorielle et émotionnelle, composantes qui se retrouvent sur l'expression faciale de douleur qui accompagne cette expérience. En ce sens, l'expression faciale de douleur semble être plus riche et complexe que l'expression faciale d'autres émotions, la rendant particulière. Dans une première partie de notre travail, nous avons montré, chez des sujets sains, que l'expression faciale de douleur engendrait un plus haut niveau d'empathie que l'expression faciale d'autres émotions. De plus, une présentation de ces visages masqués à 100 ms était suffisante pour permettre de détecter la douleur sur un visage de façon subliminale alors même que la reconnaissance du genre était impossible dans ces conditions. Dans une seconde partie, nous avons étudié le traitement implicite des expressions faciales de douleur chez des patients souffrant d'épilepsie réfractaire et explorés en stéréotaxie par des électrodes intracérébrales. Pour cela, nous avons détourné leur attention du caractère émotionnel des visages et enregistré des réponses évoquées aux visages expressifs. Les résultats montrent une activation précoce de l'insula antérieure (début de réponse à 131 ms ; pic à 180 ms post-stimulus) suivie d'une activation de l'amygdale (début à 273 ms ; pic à 363 ms). Cependant, ces activations antéro-insulaire et amygdalienne ne sont pas spécifiques de la douleur. L'insula postérieure semble également répondre à la présentation de visages exprimant la douleur mais l'amplitude de cette réponse ne diffère pas de celle de la réponse aux visages neutres. Ainsi, malgré les nombreuses informations que véhicule un visage de douleur, l'être humain est capable de le détecter très rapidement et d'être suffisamment empathique pour prodiguer l'aide appropriée à son prochain. Cette capacité serait permise grâce à l'insula antérieure, relai entre nociception et douleur / The aim of this work is to study painful facial expression processing through psychophysical and neurophysiological approaches. Contrary to the basic emotions, pain is both a sensory and an emotional experience and these two aspects are encoded in the facial expression of pain. In that sense, painful facial expressions are richer and more complex than the facial expression of others emotions. In a first phase, we showed that painful facial expressions trigger more empathy than other emotional facial expressions in healthy subjects. Moreover, a 100ms-masked presentation of faces is enough to subliminally detect pain but not gender. In a second phase, we studied pre-conscious processing of painful facial expressions in patients suffering from refractory epilepsy having intracranial electrodes implanted in the insular cortex and amygdala for stereotaxic exploration of epilepsy. To this purpose, we diverted the patients' attention from the emotional aspects of the faces by asking them to focus on the gender and we recorded evoked potentials to pain and other emotional faces. Results showed an early activation in the anterior part of the insula (onset latency around 131ms, peak latency 180ms post stimulus) followed by an amygdala response (onset latency around 273ms, peak latency 363ms post stimulus). Response to pain faces is larger than that to other emotional faces in anterior insula but anterior-insula and amygdala activations are not pain specific. Posterior part of the insula also responds to painful faces but the amplitude of the evoked potentials do not differ from that of potentials evoked by neutral faces. In this way, even if the pain face contains a great amount of information, the human- being is able to rapidly detect it and to be empathic enough to provide the help needed for others in pain. This ability would be possible through anterior insula activation, thought to be a relay between nociception and emotional reaction to pain

L'objectif de cette thèse est d'identifier les bases neurales de la représentation de soi chez le primate non-humain, par une approche d'imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle. Nous avons pour cela étudié la convergence multimodale 1) à l'échelle de l'aire par la description de la cartographie du sillon intraparietal dans un contexte de stimulations auditives, tactiles et visuelles et 2) à l'échelle du cerveau entier où nous décrivons précisément les sites de convergence visuo-tactile au niveau cortical. Nous avons également étudié le phénomène d'intégration multisensorielle dans un contexte visuo-tactile dynamique, pour lequel nous montrons que les effets comportementaux (étude psychophysique menée chez l'homme) et le réseau d'activations cortical sont maximisés quand le stimulus visuel prédit le stimulus tactile plutôt que lors de leur présentation simultanée. Enfin, nous avons étudié la représentation de l'espace en caractérisant les bases neurales de l'espace proche et de l'espace lointain à partir d'un dispositif expérimental naturaliste et nous montrons l'existence de deux réseaux corticaux qui traitent séparément les informations appartenant à l'espace proche et à l'espace lointain / The aim of this thesis is to investigate the neural basis of self-representation in the non human primate. We studied the multimodal convergence both 1) at the area level precisely mapping auditory, tactile and visual convergence in the intraparietal sulcus and 2) at the whole brain level capturing the spatial pattern of visuo-tactile cortical convergence. We also investigated the neural network subserving multisensory integration in a dynamical visuo tactile context, showing that the strongest behavioral and cortical are obtained when the visual stimuli is predictive of the tactile stimulus rather than during simultaneous presentations. Finally, we studied the representation of space by characterizing the neural bases of near space and far space in a real naturalistic environment, thus providing the neural grounds for the observed behavioral and neuropsychological dissociation between near and far space processing

Ce mémoire démontre que les caractéristiques de niveau inférieur telles que les fréquences spatiales (SF) et les orientations (V1) sont encodées spécifiquement avec les caractéristiques visuelles de niveau supérieur auxquelles elles ont été associées lors de l'apprentissage. Deux groupes ont appris deux ensembles de visages - composés soit de la même combinaison soit de deux combinaisons différentes de SF et d'orientations entre les ensembles. Plus tard, dans une tâche à trois alternatives, les participants ont distingué les visages appris des deux ensembles et des nouveaux ensembles de visages non cibles (filtrés avec trois filtres complémentaires de bas niveau). Il existe des preuves extrêmement solides que la similarité de bas niveau entre les deux ensembles appris augmente les interférences de la mémoire de reconnaissance (BF01 : 4,1; p<0.01) et il existe également des preuves solides que la similarité de bas niveau observée avec les nouvelles fonctionnalités de haut niveau n'a pas d'impact sur les interférences (BF01 : Inf; p=1). Nos résultats expliquent les contradictions apparentes dans la littérature, démontrent une directionnalité évidente dans le modèle d'encodage de la mémoire humaine et aident à consolider la relation entre l'esprit humain et les réseaux de neurones profonds. / This study demonstrates that lower level features like spatial-frequencies and orientations (V1) are encoded specifically with the higher level visual features they were associated with during learning. Two groups learned two sets of faces − composed either of the same or of two different combinations of SF and orientations between the sets. Later, in a task with three alternatives, the participants distinguished the learned faces from the two sets and new non-target face sets (filtered with three low-level complementary filters). There is extremely strong evidence that the low-level similarity between the two learned sets increases recognition memory interference (BF10: 4,1355; p<0.01) and there is also strong evidence that low-level similarity seen with new high-level features is not impacting interferences (BF01: Inf; p=1). Our findings explain apparent contradictions in the litterature, demonstrate an evident directionality in the human memory encoding model and help consolidate the relation between the human mind and deep neural networks.

Cette thèse s'intéresse à des aspects du tournage, de la projection et de la perception du cinéma stéréo panoramique, appelé aussi cinéma omnistéréo. Elle s'inscrit en grande partie dans le domaine de la vision par ordinateur, mais elle touche aussi aux domaines de l'infographie et de la perception visuelle humaine. Le cinéma omnistéréo projette sur des écrans immersifs des vidéos qui fournissent de l'information sur la profondeur de la scène tout autour des spectateurs. Ce type de cinéma comporte des défis liés notamment au tournage de vidéos omnistéréo de scènes dynamiques, à la projection polarisée sur écrans très réfléchissants rendant difficile l'estimation de leur forme par reconstruction active, aux distorsions introduites par l'omnistéréo pouvant fausser la perception des profondeurs de la scène. Notre thèse a tenté de relever ces défis en apportant trois contributions majeures. Premièrement, nous avons développé la toute première méthode de création de vidéos omnistéréo par assemblage d'images pour des mouvements stochastiques et localisés. Nous avons mis au point une expérience psychophysique qui montre l'efficacité de la méthode pour des scènes sans structure isolée, comme des courants d'eau. Nous proposons aussi une méthode de tournage qui ajoute à ces vidéos des mouvements moins contraints, comme ceux d'acteurs. Deuxièmement, nous avons introduit de nouveaux motifs lumineux qui permettent à une caméra et un projecteur de retrouver la forme d'objets susceptibles de produire des interréflexions. Ces motifs sont assez généraux pour reconstruire non seulement les écrans omnistéréo, mais aussi des objets très complexes qui comportent des discontinuités de profondeur du point de vue de la caméra. Troisièmement, nous avons montré que les distorsions omnistéréo sont négligeables pour un spectateur placé au centre d'un écran cylindrique, puisqu'elles se situent à la périphérie du champ visuel où l'acuité devient moins précise. / This thesis deals with aspects of shooting, projection and perception of stereo panoramic cinema, also called omnistereo cinema. It falls largely in the field of computer vision, but it also in the areas of computer graphics and human visual perception. Omnistereo cinema uses immersive screens to project videos that provide depth information of a scene all around the spectators. Many challenges remain in omnistereo cinema, in particular shooting omnistereo videos for dynamic scenes, polarized projection on highly reflective screens making difficult the process to recover their shape by active reconstruction, and perception of depth distortions introduced by omnistereo images. Our thesis addressed these challenges by making three major contributions. First, we developed the first mosaicing method of omnistereo videos for stochastic and localized motions. We developed a psychophysical experiment that shows the effectiveness of the method for scenes without isolated structure, such as water flows. We also propose a shooting method that adds to these videos foreground motions that are not as constrained, like a moving actor. Second, we introduced new light patterns that allow a camera and a projector to recover the shape of objects likely to produce interreflections. These patterns are general enough to not only recover the shape of omnistereo screens, but also very complex objects that have depth discontinuities from the viewpoint of the camera. Third, we showed that omnistereo distortions are negligible for a viewer located at the center of a cylindrical screen, as they are in the periphery of the visual field where the human visual system becomes less accurate.

Cette thèse s'intéresse à des aspects du tournage, de la projection et de la perception du cinéma stéréo panoramique, appelé aussi cinéma omnistéréo. Elle s'inscrit en grande partie dans le domaine de la vision par ordinateur, mais elle touche aussi aux domaines de l'infographie et de la perception visuelle humaine. Le cinéma omnistéréo projette sur des écrans immersifs des vidéos qui fournissent de l'information sur la profondeur de la scène tout autour des spectateurs. Ce type de cinéma comporte des défis liés notamment au tournage de vidéos omnistéréo de scènes dynamiques, à la projection polarisée sur écrans très réfléchissants rendant difficile l'estimation de leur forme par reconstruction active, aux distorsions introduites par l'omnistéréo pouvant fausser la perception des profondeurs de la scène. Notre thèse a tenté de relever ces défis en apportant trois contributions majeures. Premièrement, nous avons développé la toute première méthode de création de vidéos omnistéréo par assemblage d'images pour des mouvements stochastiques et localisés. Nous avons mis au point une expérience psychophysique qui montre l'efficacité de la méthode pour des scènes sans structure isolée, comme des courants d'eau. Nous proposons aussi une méthode de tournage qui ajoute à ces vidéos des mouvements moins contraints, comme ceux d'acteurs. Deuxièmement, nous avons introduit de nouveaux motifs lumineux qui permettent à une caméra et un projecteur de retrouver la forme d'objets susceptibles de produire des interréflexions. Ces motifs sont assez généraux pour reconstruire non seulement les écrans omnistéréo, mais aussi des objets très complexes qui comportent des discontinuités de profondeur du point de vue de la caméra. Troisièmement, nous avons montré que les distorsions omnistéréo sont négligeables pour un spectateur placé au centre d'un écran cylindrique, puisqu'elles se situent à la périphérie du champ visuel où l'acuité devient moins précise. / This thesis deals with aspects of shooting, projection and perception of stereo panoramic cinema, also called omnistereo cinema. It falls largely in the field of computer vision, but it also in the areas of computer graphics and human visual perception. Omnistereo cinema uses immersive screens to project videos that provide depth information of a scene all around the spectators. Many challenges remain in omnistereo cinema, in particular shooting omnistereo videos for dynamic scenes, polarized projection on highly reflective screens making difficult the process to recover their shape by active reconstruction, and perception of depth distortions introduced by omnistereo images. Our thesis addressed these challenges by making three major contributions. First, we developed the first mosaicing method of omnistereo videos for stochastic and localized motions. We developed a psychophysical experiment that shows the effectiveness of the method for scenes without isolated structure, such as water flows. We also propose a shooting method that adds to these videos foreground motions that are not as constrained, like a moving actor. Second, we introduced new light patterns that allow a camera and a projector to recover the shape of objects likely to produce interreflections. These patterns are general enough to not only recover the shape of omnistereo screens, but also very complex objects that have depth discontinuities from the viewpoint of the camera. Third, we showed that omnistereo distortions are negligible for a viewer located at the center of a cylindrical screen, as they are in the periphery of the visual field where the human visual system becomes less accurate.