Les avancées technologiques rendent maintenant possible d’étudier l’impact de gènes spécifiques sur les corrélats cérébraux des psychopathologies. En rapport avec ce nouveau champ de recherche, la présente thèse décrit l’impact du 5-HTTLPR et du rs4675690 – deux polymorphismes semblant jouer un rôle dans le trouble dépressif majeur - sur les corrélats neuronaux de l’expérience subjective de la tristesse chez les enfants. Après une mise en contexte (Chapitre 1), les deux études incluses dans cette thèse seront décrites (Chapitre 2 et 3). Ces études d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle visaient à comparer les patrons d’activation – durant un état temporaire de tristesse - chez des enfants de 8 ans porteurs d’allèles différents. La tristesse était induite grâce au visionnement passif d’extraits d’un film triste. Les résultats suggèrent que les deux polymorphismes ont un impact sur les activations cérébrales associées à la tristesse. Spécifiquement, les enfants porteurs des allèles associés à un plus grand risque de développer un trouble dépressif majeur, soit les porteurs de l’allèle court du 5-HTTLPR et les individus homozygotes pour l’allèle T du rs4675690, ont présenté des activations cérébrales altérées dans des régions qui sont impliquées dans la tristesse normale et pathologique. Le Chapitre 4 présente la mise en perspective des résultats dans le cadre de la littérature actuelle. / Recent technological advances allow us to study the impact of genes on the specific cerebral correlates of psychopathologies. In accordance with this new specific area of research, the present thesis describes the impact of the 5-HTTLPR and the rs4675690 - two polymorphisms who seem to play a role in major depressive disorder - on the neural correlates of the subjective experience of sadness in children. Following a review of the literature (Chapter 1), the two studies included in this thesis will be described (Chapter 2 and 3). These functional magnetic resonance imaging studies aimed to compare the activation pattern – during a transient state of sadness - in children of 8 years old carriers of different alleles. Sadness was induced by the passive viewing of sad film extracts. The results suggest that both polymorphisms have an impact on the cerebral activation associated with sadness. Specifically, children who were carriers of the allele associated with greater risk to develop major depressive disorder - carriers of the short allele of the 5-HTTLPR and homozygote for the T allele of the rs4675690) - showed altered cerebral activations in regions known to be implicated in normal and pathological sadness. Chapter 4 present an integration of the result to the current literature.

Le but de cette thèse est d'étudier les corrélats comportementaux et neuronaux du transfert inter-linguistique (TIL) dans l'apprentissage d’une langue seconde (L2). Compte tenu de nos connaissances sur l'influence de la distance linguistique sur le TIL (Paradis, 1987, 2004; Odlin, 1989, 2004, 2005; Gollan, 2005; Ringbom, 2007), nous avons examiné l'effet de facilitation de la similarité phonologique à l’aide de la résonance magnétique fonctionnelle entre des langues linguistiquement proches (espagnol-français) et des langues linguistiquement éloignées (persan-français). L'étude I rapporte les résultats obtenus pour des langues linguistiquement proches (espagnol-français), alors que l'étude II porte sur des langues linguistiquement éloignées (persan-français). Puis, les changements de connectivité fonctionnelle dans le réseau langagier (Price, 2010) et dans le réseau de contrôle supplémentaire impliqué dans le traitement d’une langue seconde (Abutalebi & Green, 2007) lors de l’apprentissage d’une langue linguistiquement éloignée (persan-français) sont rapportés dans l’étude III. Les résultats des analyses d’IRMF suivant le modèle linéaire général chez les bilingues de langues linguistiquement proches (français-espagnol) montrent que le traitement des mots phonologiquement similaires dans les deux langues (cognates et clangs) compte sur un réseau neuronal partagé par la langue maternelle (L1) et la L2, tandis que le traitement des mots phonologiquement éloignés (non-clang-non-cognates) active des structures impliquées dans le traitement de la mémoire de travail et d'attention. Toutefois, chez les personnes bilingues de L1-L2 linguistiquement éloignées (français-persan), même les mots phonologiquement similaires à travers les langues (cognates et clangs) activent des régions connues pour être impliquées dans l'attention et le contrôle cognitif. Par ailleurs, les mots phonologiquement éloignés (non-clang-non-cognates) activent des régions usuellement associées à la mémoire de travail et aux fonctions exécutives. Ainsi, le facteur de distance inter-linguistique entre L1 et L2 module la charge cognitive sur la base du degré de similarité phonologiques entres les items en L1 et L2. Des structures soutenant les processus impliqués dans le traitement exécutif sont recrutées afin de compenser pour des demandes cognitives. Lorsque la compétence linguistique en L2 augmente et que les tâches linguistiques exigent ainsi moins d’effort, la demande pour les ressources cognitives diminue. Tel que déjà rapporté (Majerus, et al, 2008; Prat, et al, 2007; Veroude, et al, 2010; Dodel, et al, 2005; Coynel, et al ., 2009), les résultats des analyses de connectivité fonctionnelle montrent qu’après l’entraînement la valeur d'intégration (connectivité fonctionnelle) diminue puisqu’il y a moins de circulation du flux d'information. Les résultats de cette recherche contribuent à une meilleure compréhension des aspects neurocognitifs et de plasticité cérébrale du TIL ainsi que l'impact de la distance linguistique dans l'apprentissage des langues. Ces résultats ont des implications dans les stratégies d'apprentissage d’une L2, les méthodes d’enseignement d’une L2 ainsi que le développement d'approches thérapeutiques chez des patients bilingues qui souffrent de troubles langagiers. / The purpose of this thesis was to study the behavioral and neural correlates of Cross-linguistic Transfer effects (CLT) at the word level, in second language learning. Moreover, given that language distance has an impact on CLT, (Paradis, 1987, 2004, Odlin, 1989, 2004, 2005, Gollan, 2005, Ringbom, 2007), two distinct language pairs were examined: Close language pairs (Spanish-French) and distant language pairs (Persian-French). This thesis comprises three studies. In study I, Spanish speakers and in study II Persian speakers were trained for lexical learning until consolidation level. Cognates (phonologically and semantically similar words), Clangs (phonologically similar words with different meanings), and Non-cognate-non-clangs (semantically similar words), were presented in a picture naming task. Accuracy rates and response times as well as event-related fMRI BOLD responses to each word category were measured. Simple and direct contrasts with phonologically similar and phonologically distant words were performed. Thus, Study I reports the results of close languages (Spanish-French) and Study II, reports the results of distant languages (Persian-French). The neurocognitive processing of language learning was further investigated in terms of networks using functional connectivity analysis in distant languages (Persian-French) and the results are reported in Study III. The Results with the General Linear Model analysis show that with close language pairs (French-Spanish), the processing of phonologically similar words (cognates and clangs) relies upon a shared L1-L2 language specific neural areas, whereas processing of phonologically distant words (non-clang-non-cognates), activates L1 language processing areas, but also relies upon working memory, attentional, and processing structures. However, with distant language pairs (French-Persian), even phonologically similar words (cognates and clangs) activate areas known to be involved in attentional processing and cognitive control. Moreover, phonologically distant words (non-clang-non-cognates) also activate areas involved in working memory and executive function processing structures. Thus, the factor of L1-L2 cross-linguistic distance appears to modulate the executive load imposed to the system, on the basis of the degree of phonological overlap between L1-L2 items; thus in order to compensate for more effortful processing demands, the system recruits executive function supporting structures. The results of the connectivity analysis show that, in line with literature (Majerus, et al., 2008; Prat, et al., 2007; Veroude, et al., 2010; Dodel, et al., 2005; Coynel, et al., 2009), when the language proficiency is low, there is enhanced functional connectivity between and within language specific and other cognitive processing (working memory, attentional and cognitive control) networks. However, as proficiency increases, integration values (functional connectivity) decrease. This reflects that language tasks become less effortful and demand less cognitive resources. The results of this dissertation contribute to a better understanding of CLT effects on L2 learning, both in regards to different word types and L1-L2 language distance. These results have implications with regards to L2 learning and teaching strategies and approaches as well as with regards to the development of data-driven therapy approaches in the case of language break down in bilingual population.

Des études récentes ont montré que le noyau caudé interagissait avec le cortex préfrontal et qu’il pourrait être impliqué dans les fonctions exécutives. Le but de cette thèse était d’étudier la contribution du noyau caudé dans les fonctions exécutives, plus précisément dans des tâches de monitoring et de changement de règle, et d’observer comment ces régions fronto-striatales interagissent avec le réseau par défaut (RPD). Dans un premier temps, nous avons étudié le rôle du noyau caudé dans les deux types de monitoring : le monitoring d’origine interne, consistant à effectuer un suivi sur l’état de l’information en mémoire de travail afin de pouvoir faire un choix subséquent, et dans le monitoring d’origine externe où le suivi sur l’état des items est effectué par l’individu, mais la sélection est exécutée par une source externe. Il a été montré que le cortex préfrontal dorsolatéral (CPFDL) est impliqué dans les deux types de monitoring. À l’aide de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), nos résultats ont montré une augmentation significative du signal BOLD au niveau du CPFDL dans les contrastes des conditions de monitoring d’origine interne et monitoring d’origine externe par rapport à la condition contrôle. De manière plus importante, une augmentation significative de l’activité a été observée dans le noyau caudé seulement dans les soustractions impliquant le monitoring d’origine interne par rapport à la condition contrôle, et par rapport à la condition de monitoring d’origine externe. En deuxième lieu, des études ont montré une contribution spécifique des régions fronto-striatales dans l’exécution d’un changement de règle. Toutefois, l’effet d’un changement de règle sur l’activité cérébrale n’a jamais été étudié sur les essais subséquents. À l’aide de l’IRMf, le cortex préfrontal ventrolatéral (CPFVL) et le noyau caudé ont montré une augmentation significative de leur activité lors des changements de règle continus et lors des changements de règles sporadiques par rapport à la condition contrôle, et aussi lors des essais où le maintien d’une même règle devait être effectué pour une courte durée par opposition au contrôle. Cependant, aucune activité fronto-striatale n’a été observée lorsqu’une même règle devait être appliquée pour une plus longue période. De plus, une diminution significative de l’activité du noyau caudé a été observée lors de la répétition de l’exécution d’une même règle suggérant une meilleure intégration de cette dernière. Finalement, plusieurs études ont montré une déactivation du RPD lors de l’exécution de tâches. À l’aide de l’IRMf, nous avons posé l’hypothèse que le RPD serait corrélé négativement avec les régions fronto-striatales lors de l’exécution d’une tâche de changement de règle. Nos résultats montrent une augmentation significative de l’activité des régions fronto-striatales lors d’une augmentation du nombre d’essais de changement de règle consécutif, pendant que le RPD montre une déactivation continue. De façon intéressante, pendant que les régions fronto-striatales montrent une diminution de leur activité lors de l’exécution d’une même règle pour une longue période, le RPD augmente son activité de façon significative. On conclut donc que le noyau caudé joue un rôle important dans la planification d’une nouvelle action lorsque plusieurs possibilités doivent être considérées en mémoire de travail, et ce en même temps. Finalement, le RPD montre une corrélation négative avec les régions fronto-striatales suggérant sa participation dans l’intégration d’une tâche devenant de plus en plus familière. / Recent studies have shown that the caudate nucleus interacts with the prefrontal cortex, and that it is involved in executive processes. The goal of the thesis was to investigate the role of the caudate nucleus in executive processes, and to observe how the frontostriatal regions are interacting with the default mode network (DMN). Firstly, we studied the role of the caudate nucleus in self-ordered monitoring, which consist of keeping track of which stimuli have been selected and which remains to be selected, and externally-triggered monitoring, which refers to keeping track of one’s selection when an external source is performing the selection. It has been shown that de dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) was particularly involved in both types of monitoring. Using functional magnetic resonance imaging (fMRI), a significant increase of activity has been observed in the DLPFC during both monitoring conditions vs control condition. Importantly, significant increased activity in the caudate nucleus was observed only in subtractions involving self-ordered monitoring (the self-ordered vs control and self-ordered vs externally-triggered conditions). Secondly, previous studies have shown a specific contribution of frontostriatal regions during set-shifting. However, the effect of set-shifting on subsequent trials had yet to be determined. Using fMRI, significant increase of activity was observed in the ventrolateral prefrontal cortex (VLPFC) and the caudate nucleus during shifting trials versus control and in trials where the same rule was applied for a few trials before a set-shift occurred. However, no frontostriatal activity was observed when the same rule was applied for a longer period. Decreased activity in the caudate nucleus correlated with increasing trial position in trials where no set-shift occurred, suggesting that the more a rule is executed, the better it is established. Finally, several studies have shown a deactivation of the DMN during the execution of a goal-directed task. Using fMRI, we hypothesized that the DMN was negatively correlated with the frontostriatal regions during the execution of a set-shifting task. Our results showed a significant increase of activity in the frontostriatal regions as more set-shifts are being performed while the DMN gets more deactivated. Interestingly, as decreased activity was observed in the frontostriatal regions during the execution of the same rule for a long period, the DMN showed increasing activity. We concluded that the caudate nucleus is specifically involved during the planning of a novel action when several possibilities are available at the same time. Finally, the DMN shows a negative correlation with the frontostriatal regions suggesting its contribution to the execution of a more familiar task.

Si les régions cérébrales du langage ont étélargement explorées grâce à l’IRM fonctionnelle (IRMf) et la stimulation électrique directe (SED)peropératoire, leur connectivité reste encore incomplètement documentée. Il n’est pas seulement débattuquels faisceaux de SB contribuent au langage, mais également quelle est leur anatomie précise et leur rôlefonctionnel spécifique. Une meilleure compréhension du connectome du langage est requise pourdiminuer la morbidité postopératoire en neurochirurgie et développer de nouveaux traitements cibléspour la rééducation des aphasies. Notre objectif était de cartographier structurellement etfonctionnellement, in vivo, la connectivité du langage. Dans une première étude préclinique portant sur 2Oadultes sains, nous avons combiné des informations structurelles axonales révélées par la tractographieavec des informations fonctionnelles corticales dérivées de l’IRMf (tâche de lecture compréhensive). Huitfaisceaux de SB ont été explorés —i.e. faisceau arqué, faisceau longitudinal supérieur, faisceau frontooccipitalinférieur, faisceau unciné, faisceau longitudinal inférieur, faisceau longitudinal moyen, faisceauoperculo-prémoteur, faisceau frontal transverse—, dont le rôle fonctionnel a été analysé en recherchantune connexion entre leurs terminaisons corticales et les activations IRMf. Les caractéristiquesanatomiques des faisceaux (i.e. volume, longueur, terminaisons corticales), leurs asymétries interhémisphériqueset leurs variations interindividuelles ont été colligées. Ce protocole a permis deconstruire le connectome du langage et d’étudier en détails son organisation structurelle macroscopique.Dans une seconde partie, ces données ont été transposées à la clinique pour le traitement chirurgical depatients souffrant de tumeurs cérébrales (gliomes) en régions du langage. Pendant la résection tumorale,des images de tractographie intégrées à un système de neuronavigation ont été systématiquementcombinées à la SED au cours d’un test de dénomination orale d’images. Ce protocole opératoire a permisd’optimiser les résultats chirurgicaux en termes de qualité d’exérèse et de préservation du langage, et aconstitué une opportunité unique d’étudier en temps réel les corrélations structure – fonction. Encouplant la localisation anatomique précise où chaque SED a été délivrée —obtenue grâce aux images detractographie naviguées— et la sémiologie des paraphasies induites par la SED —colligée par unorthophoniste présent au bloc opératoire—, nous avons déterminé le rôle spécifique de 5 faisceaux tantcortico-corticaux (faisceau arqué, faisceau fronto-occipital inférieur, faisceau frontal transverse) quecortico-sous-corticaux (fibres prémotrices orofaciales, faisceau fronto-striatal) dans différentes souscomposantesdu langage, i.e. traitement phonologique, traitement sémantique, contrôle moteur,planification articulatoire, contrôle exécutif/cognitif de la réponse verbale. Considérés de façon globale,nos résultats permettent d’envisager une meilleure compréhension de l’organisation anatomofonctionnelledes réseaux cérébraux du langage. Au-delà de l’intérêt scientifique, la possibilité deconstruire le connectome du langage spécifique à chaque individu ouvre la voie vers d’importantesapplications en neurochirurgie, dans une perspective de médecine personnalisée. Aujourd’hui, la chirurgiedes tumeurs cérébrales guidée par l’image. Demain, le développement de nouveaux traitements pour larééducation des aphasies, e.g. la déposition ciblée d’agents pharmacologiques, de cellules souches ou deneuromodulations, interagissant directement avec la connectivité résiduelle épargnée par la lésion. / The langage connectome is defined as the neuronal networks that subserve languagefunctions. Anatomically, it comprises specialized cortical areas and modulatory subcortical areas (i.e. deepgray nuclei and cerebellum), as well as their interconnections trough white matter (WM) fascicles.Although brain regions involved in language have been largely explored thanks to functional MRI (fMRI)and intraoprative electrical stimulation (IES), the underlying WM connectivity is still not mastered. It isnot only unknown which WM fascicles specifically contribute to language, but there is also much debateabout their precise anatomy and the functions they subserve during language processing. Betterunderstanding of the structural and functional organization of the language connectome is requisite toreduce postoperative morbidity in neurosurgery and develop targeted treatments for aphasiarehabilitation. Herein, our objective was to map structurally and functionally, in vivo, the subcorticalconnectivity of language. First, we conducted a preclinical study in 20 healthy subjects, combining DTItractography and fMRI (reading comprehension task) to yield connectivity associated with language. Weexplored 8 WM fascicles that have been proposed as putative candidates for language —i.e. arcuatefascicle, superior longitudinal fascicle, inferior fronto-occipital fascicle, uncinate fascicle, inferiorlongitudinal fascicle, middle longitudinal fascicle, operculopremotor fascicle, frontal aslant tract—, towhich we assigned functionality by tracking their connections to the fMRI-derived clusters. We generateda normative database of anatomical characteristics for each WM fascicle, such as volume, length, corticalterminations and their interhemispheric and interindividual variations. By using this construct, weprovided in explicit details the structural map of the language connectome. Second, this body ofknowledge was transposed to brain tumor surgery. Patients suffering of gliomas located close to languageregions were operated on under local anesthesia (i.e. awake surgery) in order to perform intraoperativelanguage mapping (object naming task). Essential language sites were localized through IES andanatomically characterized thanks to navigated tractography images. This intraoperative protocol allowedmaximum tumor resection while preserving language functions. Furthermore, it gave us a uniqueopportunity to perform reliable, real-time structure – function relationships, determining the role of 5WM fascicles (arcuate fascicle, inferior fronto-occipital fascicle, frontal aslant tract, orofacial premotorfibers, frontostriatal fascicle) in different subcomponents of language, i.e. phonological processing,semantic processing, articulatory planning, motor control and executive/cognitive control of verbalresponse. Globally considered, our results allow a better understanding of the anatomo-functionalorganization of the language network in the human brain. Beyond the scientific interest, the possibility toconstruct the individual (patient-specific) connectome paves the way for major applications inneurosurgery, in the perspective of personalized medicine. Today, the maximum safe resection of braintumors located in eloquent language areas, guided by navigated, multimodal images. Tomorrow, thedevelopment of new treatments for rehabilitation of post-stroke aphasia patients, such as the targeteddelivery of drugs, stem cells, or neuromodulation devices, fitting with the residual functional connectivityspared by the lesion.

Dans ce mémoire, nous présentons différentes méthodes d'apprentissage statistique qui peuvent être utilisées pour comprendre le code neuronal des fonctions cognitives, en se basant sur des données d'Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle du cerveau. Plus particulièrement, nous nous intéressons à l'´etude de la localisation spatiale des entités impliquées dans le codage, et leur influence respective dans le processus cognitif. Dans cette étude, nous nous focalisons principalement sur l'étude du cortex visuel. Dans la première partie de ce mémoire, nous introduisons les notions d'architecture fonctionnelle cérébrale, de codage neuronal et d'imagerie fonctionnelle. Nous étudions ensuite les limites de l'approche classique d'analyse des données d'IRMf pour l'étude du codage neuronal, et les différents avantages apportées par une méthode d'analyse récente, l'inférence inverse. Enfin, nous détaillons les méthodes d'apprentissage statistique utilisées dans le cadre de l'inférence inverse, et nous les évaluons sur un jeu de données réelles. Cette étude permet de mettre en évidence certaines limitations des approches classiquement utilisées, que cette thèse vise à résoudre. En particulier, nous nous intéressons à l'intégration de l'information sur la structure spatiale des données, au sein d'approches d'apprentissage statistique. Dans la seconde partie de ce mémoire, nous décrivons les trois principales contributions de cette thèse. Tout d'abord, nous introduisons une approche Bayésienne pour la régularisation parcimonieuse, qui généralise au sein d'un même modèle plusieurs approches de références en régularisation Bayésienne. Ensuite nous proposons un algorithme de coalescence supervisé (supervised clustering) qui tient compte de l 'information spatiale contenue dans les images fonctionnelles. Les cartes de poids résultantes sont facilement interprétables, et cette approche semble être bien adaptée au cas de l'inférence entre sujets. La dernière contribution de cette thèse vise à inclure l'information spatiale au sein d'un modèle de régularisation. Cette régularisation peut alors être utilisée dans un cadre de régression et de classification, et permet d'extraire des ensembles connexes de voxels prédictifs. Cette approche est particulièrement bien adaptée à l'étude de la localisation spatiale du codage neuronal, abordée durant cette thèse.

L'être humain est pourvu des multiples canaux sensoriels par lesquels il appréhende le monde. Un critère fondamental à notre adaptation est notre capacité à établir des relations entre les différentes informations que nos sens perçoivent. Cette capacité est notamment cruciale dans nos interactions sociales puisque nous devons constamment intégrer en une représentation unifiée les informations visuelles (telles que les visages), auditives (telles que les voix) et verbales (telles que le discours ou le nom) afin de pouvoir identifier nos interlocuteurs. Sachant que le traitement des principales informations qui nous permettent d'identifier les personnes (visages, voix et nom de famille) est sous-tendu par l'activation de régions cérébrales spécifiques et distinctes les unes des autres, la question qui se pose est de savoir comment le cerveau opère pour créer une représentation unifiée des personnes que nous connaissons. Dans la première partie de cette thèse, nous passerons en revue différentes études qui ont tenté de cerner les régions cérébrales impliquées dans le traitement (perception et reconnaissance) de chaque type d'information. Le premier chapitre sera consacré aux corrélats cérébraux du traitement des visages, le second à ceux impliqués dans le traitement des noms propres, le troisième à ceux impliqués dans le traitement des voix. Ces processus seront chaque fois abordés sous l'angle de la neuropsychologie cognitive, de l'imagerie cérébrale fonctionnelle et de l'électrophysiologie. Un quatrième chapitre théorique sera consacré à l'étude des processus associatifs entre ces trois types d'informations, et nous verrons que rares sont les études qui ont directement examiné les activités cérébrales spécifiques à la récupération d'associations entre informations relatives à l'identité des personnes. L'approche expérimentale sera abordée dans la seconde partie de cette thèse. Les quatre études décrites dans cette partie se basent sur les résultats de l'étude de Campanella et al. (2001) qui, par PET-scan, ont examiné les régions cérébrales activées par la récupération d'associations entre visages et noms propres. Utilisant la méthode soustractive, consistant en la soustraction de deux conditions unimodales d'une condition bimodale, ces auteurs ont montré une activation d'un réseau d'aires cérébrales latéralisé dans l'hémisphère gauche et incluant notamment le lobule pariétal inférieur, interprété comme étant une région de convergence multimodale où s'opère l'intégration des différentes informations perçues par les sujets. La méthode soustractive sera utilisée dans toutes les expériences décrites dans cette section. La première étude de cette thèse, utilisant la même méthodologie appliquée à la méthode électrophysiologique des potentiels évoqués, aura pour but d'examiner le décours temporel des activités observées par Campanella et al. (2001). La seconde étude en potentiels évoqués aura pour but d'examiner si les activités observées dans les deux études pré-citées sont spécifiques aux processus associatifs entre visages et noms propres, ou s'ils reflètent des processus plus généraux permettant de lier tout objet visuel à son nom. Les études 3 et 4 viseront quant à elles à définir si le lobule pariétal inférieur gauche est impliqué dans l'intégration de stimulations exclusivement visuelles, ou si il est impliqué dans le « binding » de tout type d'information relative aux personnes, quelle que soit les modalités de présentation. Dans ce cadre, l'étude 3 examinera les corrélats cérébraux impliqués dans la récupération d'associations entre visages et voix. L'étude 4 examinera cette question au moyen de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. La dernière partie de cette thèse sera consacrée à l'interprétation de l'ensemble des résultats des 4 expériences décrites précédemment. L'accent y sera mis sur la latence d'apparition des ondes spécifiques aux conditions associatives, apparaissant en même temps que les activités propres au traitement de chaque type d'information, ainsi que sur le rôle du gyrus pariétal inférieur gauche dans l'intégration des représentations des différents attributs par lesquels nous identifions les personnes.

Jean Piaget estimait que l'enfant de 7-8 ans devient "conservant" car il comprend que deux<br />ngées de jetons ont le même nombre, même si leur correspondance perceptive est rompue en<br />cartant ou en resserrant les jetons de l'une d'elles. L'interférence visuo-spatiale est alors surmontée<br />n inhibant la stratégie "longueur=nombre". La thèse soutenue ici est qu'il resterait dans le cerveau<br />dulte des traces de ce stade du développement cognitif. Nous avons dès lors étudié en imagerie<br />rébrale une adaptation de la tâche de Piaget chez de jeunes adultes.<br />Après un état de l'art sur les compétences numériques au cours du développement cognitif,<br />s bases neurales de l'inhibition cognitive et du traitement numérique, deux contributions<br />expérimentales sont exposées. Une première étude en potentiels évoqués montre que l'inhibition de<br />l'interférence nombre/longueur, comparée à une situation contrôle de covariation, induit des ondes<br />électrophysiologiques spécifiques N2 et P3 et, chez les mêmes sujets examinés ensuite en IRMf, des<br />aires hétéromodales postérieures. Une seconde étude uniquement en IRMf (donc sans session<br />préalable) met également en évidence le rôle du cortex cingulaire antérieur droit, connu pour être<br />impliqué dans le contrôle inhibiteur (gestion de conflits, détection d'erreurs). Des aires pariétales<br />bilatérales de comptage et de manipulation mentale/spatiale sont aussi recrutées.<br />La réaction du cerveau adulte face à une tâche cognitive dans laquelle il s'est trompé<br />pendant un stade de son développement confirme ainsi que les biais perceptifs de l'enfance ne sont<br />jamais complètement surmontés ou, pour le moins, que leur inhibition a toujours un coût<br />neurocognitif.

Le but de cette thèse est d'étudier les corrélats comportementaux et neuronaux du transfert inter-linguistique (TIL) dans l'apprentissage d’une langue seconde (L2). Compte tenu de nos connaissances sur l'influence de la distance linguistique sur le TIL (Paradis, 1987, 2004; Odlin, 1989, 2004, 2005; Gollan, 2005; Ringbom, 2007), nous avons examiné l'effet de facilitation de la similarité phonologique à l’aide de la résonance magnétique fonctionnelle entre des langues linguistiquement proches (espagnol-français) et des langues linguistiquement éloignées (persan-français). L'étude I rapporte les résultats obtenus pour des langues linguistiquement proches (espagnol-français), alors que l'étude II porte sur des langues linguistiquement éloignées (persan-français). Puis, les changements de connectivité fonctionnelle dans le réseau langagier (Price, 2010) et dans le réseau de contrôle supplémentaire impliqué dans le traitement d’une langue seconde (Abutalebi & Green, 2007) lors de l’apprentissage d’une langue linguistiquement éloignée (persan-français) sont rapportés dans l’étude III. Les résultats des analyses d’IRMF suivant le modèle linéaire général chez les bilingues de langues linguistiquement proches (français-espagnol) montrent que le traitement des mots phonologiquement similaires dans les deux langues (cognates et clangs) compte sur un réseau neuronal partagé par la langue maternelle (L1) et la L2, tandis que le traitement des mots phonologiquement éloignés (non-clang-non-cognates) active des structures impliquées dans le traitement de la mémoire de travail et d'attention. Toutefois, chez les personnes bilingues de L1-L2 linguistiquement éloignées (français-persan), même les mots phonologiquement similaires à travers les langues (cognates et clangs) activent des régions connues pour être impliquées dans l'attention et le contrôle cognitif. Par ailleurs, les mots phonologiquement éloignés (non-clang-non-cognates) activent des régions usuellement associées à la mémoire de travail et aux fonctions exécutives. Ainsi, le facteur de distance inter-linguistique entre L1 et L2 module la charge cognitive sur la base du degré de similarité phonologiques entres les items en L1 et L2. Des structures soutenant les processus impliqués dans le traitement exécutif sont recrutées afin de compenser pour des demandes cognitives. Lorsque la compétence linguistique en L2 augmente et que les tâches linguistiques exigent ainsi moins d’effort, la demande pour les ressources cognitives diminue. Tel que déjà rapporté (Majerus, et al, 2008; Prat, et al, 2007; Veroude, et al, 2010; Dodel, et al, 2005; Coynel, et al ., 2009), les résultats des analyses de connectivité fonctionnelle montrent qu’après l’entraînement la valeur d'intégration (connectivité fonctionnelle) diminue puisqu’il y a moins de circulation du flux d'information. Les résultats de cette recherche contribuent à une meilleure compréhension des aspects neurocognitifs et de plasticité cérébrale du TIL ainsi que l'impact de la distance linguistique dans l'apprentissage des langues. Ces résultats ont des implications dans les stratégies d'apprentissage d’une L2, les méthodes d’enseignement d’une L2 ainsi que le développement d'approches thérapeutiques chez des patients bilingues qui souffrent de troubles langagiers. / The purpose of this thesis was to study the behavioral and neural correlates of Cross-linguistic Transfer effects (CLT) at the word level, in second language learning. Moreover, given that language distance has an impact on CLT, (Paradis, 1987, 2004, Odlin, 1989, 2004, 2005, Gollan, 2005, Ringbom, 2007), two distinct language pairs were examined: Close language pairs (Spanish-French) and distant language pairs (Persian-French). This thesis comprises three studies. In study I, Spanish speakers and in study II Persian speakers were trained for lexical learning until consolidation level. Cognates (phonologically and semantically similar words), Clangs (phonologically similar words with different meanings), and Non-cognate-non-clangs (semantically similar words), were presented in a picture naming task. Accuracy rates and response times as well as event-related fMRI BOLD responses to each word category were measured. Simple and direct contrasts with phonologically similar and phonologically distant words were performed. Thus, Study I reports the results of close languages (Spanish-French) and Study II, reports the results of distant languages (Persian-French). The neurocognitive processing of language learning was further investigated in terms of networks using functional connectivity analysis in distant languages (Persian-French) and the results are reported in Study III. The Results with the General Linear Model analysis show that with close language pairs (French-Spanish), the processing of phonologically similar words (cognates and clangs) relies upon a shared L1-L2 language specific neural areas, whereas processing of phonologically distant words (non-clang-non-cognates), activates L1 language processing areas, but also relies upon working memory, attentional, and processing structures. However, with distant language pairs (French-Persian), even phonologically similar words (cognates and clangs) activate areas known to be involved in attentional processing and cognitive control. Moreover, phonologically distant words (non-clang-non-cognates) also activate areas involved in working memory and executive function processing structures. Thus, the factor of L1-L2 cross-linguistic distance appears to modulate the executive load imposed to the system, on the basis of the degree of phonological overlap between L1-L2 items; thus in order to compensate for more effortful processing demands, the system recruits executive function supporting structures. The results of the connectivity analysis show that, in line with literature (Majerus, et al., 2008; Prat, et al., 2007; Veroude, et al., 2010; Dodel, et al., 2005; Coynel, et al., 2009), when the language proficiency is low, there is enhanced functional connectivity between and within language specific and other cognitive processing (working memory, attentional and cognitive control) networks. However, as proficiency increases, integration values (functional connectivity) decrease. This reflects that language tasks become less effortful and demand less cognitive resources. The results of this dissertation contribute to a better understanding of CLT effects on L2 learning, both in regards to different word types and L1-L2 language distance. These results have implications with regards to L2 learning and teaching strategies and approaches as well as with regards to the development of data-driven therapy approaches in the case of language break down in bilingual population.

Dans la population générale plusieurs études ont démontré que les hommes ont, par comparaison aux femmes, de meilleures performances dans les tâches de rotation mentale à trois dimensions. A l’aide de l’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle, on a pu observer que l’exécution de cette tâche de rotation mentale s’accompagnait d’une activation du cortex pariétal chez l’homme mais du cortex prefrontal chez la femme. Ces différences entre les deux sexes suggèrent un fonctionnement neuronal différent dans l’appréhension des habiletés cognitives et comportementales. De fait, de nombreuses études ont signalé des différences notables entre les deux sexes quant à leur fonctionnement cérébral tant sur le plan émotionnel que de leurs habiletés visuo spatiales. La schizophrénie est un trouble grave et persistant de la santé mentale dont l’origine est certes multifactorielle et dont les facteurs de protection sont partiellement biologiques, psychologiques et sociales. Cette maladie requiert une approche thérapeutique à la fois clinique médicamenteuse, psychologique et sociale visant à une réintégration des malades dans leur communauté. Le pronostic de cette maladie varie en fonction du sexe ainsi que les atteintes neurologiques, neuropsychologiques et socioculturelles. Il est donc surprenant que l’exploration des mécanismes neuronaux sous-tendant les anomalies fonctionnelles cognitivo-comportementales n’ait point, en schizophrénie, adressé à date la fonctionnalité différente de l’homme et de la femme. Une étude pilote, réalisée dans mon laboratoire d’accueil, ayant suggéré chez le schizophrène, lors du traitement cognitif de stimuli émotionnels, une altération du dimorphisme sexuel observé dans la population normale, il devenait impératif de confirmer ces observations. Ce mémoire vise à vérifier par résonnance magnétique fonctionnelle l’activité neuronale cérébrale témoignant de la performance neuropsychologique de schizophrènes des deux sexes et de la comparer à celle de sujets témoins sains appareillés pour l’âge, la dominance hémisphérique et le statut familial socio-économique. A cette fin, nous avons enregistré, lors d’une tâche de rotation mentale à trois dimensions, les variables neurocognitives traduisant la validité des réponses ainsi que leur rapidité d’exécution. Simultanément, nous avons enregistré, par résonnance magnétique fonctionnelle, les sites d’activation cérébrale ainsi que leur degré d’activation corticale. Les données expérimentales, neurocognitives et cérébro-fonctionnelles, furent analysées en comparant les deux sexes d’une part et les deux états de santé d’autre part. Les résultats de ce mémoire ont fait l’objet de deux articles qui sont inclus. Les résultats obtenus confirment l’hypothèse d’un dimorphisme homme/femme dans la population générale ainsi que chez le schizophrène. Ces résultats appuient aussi l’hypothèse de l’altération, chez le schizophrène, du dimorphisme observé dans la population générale. / Sex differences in visuo-spatial abilities have been well documented in the general population, but there are only a few reports in schizophrenia. The purpose of the present study was to examine potential sex differences in performance and pattern of brain activations during mental rotation in schizophrenia patients relative to control participants. First study: ¬Reports mainly the results of mental rotation behavioural data, collected from 17 men and 13 women with schizophrenia and the same number of healthy subjects matched for age and sex. The findings revealed the expected sex difference in the control participants (men faster and more accurate than women) and the unexpected reversal of normal sexual dimorphism in patients (women more accurate and faster than men). Second Study: Reports mainly fMRI results investigating the neural correlates of mental rotation in men and women with schizophrenia relative to healthy controls. Thirty three schizophrenia patients (17 women and 16 men) were compared to thirty five healthy control participants (17 women and 18 men), while performing a classic mental rotation of 3-D figures. BOLD echo planar images were acquired on a 3Tesla Siemens TRIO system. Analyses were performed using SPM5 (UK Welcome Institute). Behavior data revealed a diagnosis-by-sex interaction with healthy men (HM) performing significantly better than schizophrenia men (SZ-M), and no significant difference between healthy women (HW) and schizophrenia women (SZ-W). fMRI results revealed that overall similar pattern of extensive cerebral activations (in the parietal and the prefrontal cortices) in HM and SZ-W, and deactivation during performance of the mental rotation task versus control task. In contrast, both HW and SZ-M showed much more restricted activations and deactivations in these regions. The whole of these results suggests that sex differences in the cerebral activations during mental rotation in schizophrenia patients deviates from what we and others have observed in the general population and thus supports and extends existing evidence of a disturbed cerebral sexual dimorphism in schizophrenia. Moreover, the results emphasize the importance of including sex as a variable in neurocognitive and neuroimaging studies of schizophrenia.

Compte tenu de l ’importante augmentation de l ’espérance de vie de la population générale observée dans les dernières décennies, les études portant sur les modifications des fonctions cognitives lors du vieillissement normal et pathologique se révèlent d'un grand intérêt. Les résultats rapportés dans cette thèse contribuent à une meilleure compréhension de la nature des modifications avec l ’âge du traitement du sens métaphorique des mots et du phénomène de réorganisation fonctionnelle sous-tendant ces processus. Après une revue de littérature (chapitre 1), un premier article définissant la problématique générale du traitement du langage lors du vieillissement normal inaugure la série de travaux présentés dans cette thèse. Cet article, présenté dans le chapitre 2, confirme l ’importance du développement d ’études spécifiques permettant de faire le lien entre les différentes hypothèses portant sur les changements cognitifs propres au vieillissement normal et celles portant sur les changements propres au substrat neurobiologique du langage. Le chapitre 3 présente une étude comportementale ayant pour objectif d ’évaluer la disponibilité des ressources attentionnelles pour le traitement phonologique et sémantique des mots ainsi que son évolution possible avec l ’âge. Les conclusions tirées de cette étude vont dans le sens d ’une restriction des ressources attentionnelles particulièrement pour le traitement du sens métaphorique des mots lors du vieillissement normal. Le chapitre 4 présente une étude en neuroimagerie fonctionnelle. Cette étude a été réalisée afin de comparer les profils d'activation cérébrale des participants jeunes et âgés lors du traitement du sens métaphorique des mots. Les résultats obtenus soulignent qu ’autant pour les participants jeunes que pour les participants âgés, le traitement du sens métaphorique des mots pourrait imposer au cerveau le partage des ressources attentionnelles. Néanmoins, ils montrent une réorganisation fonctionnelle chez les participants âgés. L ’ensemble des travaux présentés appuie l ’hypothèse d ’une attribution différentielle des ressources attentionnelles ainsi que celle d ’une réorganisation fonctionnelle chez les participants âgés pour le traitement du sens métaphorique des mots. Les résultats viennent enrichir la compréhension des modèles neurocognitifs du vieillissement en ce qui concerne l ’évolution des bases neurobiologiques du langage. / Given the significant increase in life expectancy of the general population observed in recent decades, the study of alterations in cognitive functions during normal and pathological ageing is of great importance. The results reported in this thesis contribute to a better understanding of the nature of the age-related changes on processing metaphoric meaning of words and the phenomenon of functional reorganization underlying these processes. After a brief literature review (chapter 1), a first article offering a general view of the problem of language processing in normal aging introduces the series of studies presented in this thesis. This article, presented in Chapter 2, points out the importance of developing specific protocols aiming to establish a link between the different hypotheses concerning cognitive changes during normal aging and those related to changes in neurobiological substrate of language. Chapter 3 presents a behavioural study aiming to assess the availability of attentional resources for the phonological and semantic processing of words and its possible evolution with age. The findings of this study are consistent with the idea of an age- related restriction of available attentional resources for the processing of metaphorical meaning of words. Chapter 4 presents a neuroimaging study. This study was conducted to compare patterns of brain activation of young and older participants during the processing of metaphoric meaning of words. The results emphasize that both, younger and older participants, require the sharing of attentional resources during processing metaphorical meaning of words, but show a functional reorganization in the older group. Taken together, the studies presented here support the hypothesis of an age-related restriction of available attentional resources and of an age-related functional reorganization for the processing of metaphorical meaning of words. The results enrich our understanding of neurocognitive aging models regarding the evolution of neurobiological bases of language.