La perception explicite du temps écoulé (la durée, l'ordre temporel¿) et les jugements implicites des dynamiques de notre environnement (percevoir le mouvement, la parole) nécessitent l'extraction des relations temporelles entre événements sensoriels. Alors que le temps physique est communément évalué en rapport à un référentiel externe (celui de l'horloge), le cerveau lui n'a pas accès à ce référentiel. Dans cette thèse, nous émettons l'hypothèse que le cerveau génère son propre référentiel temporel à partir des dynamiques neurales. Combinant la magnétoencéphalographie (MEG) aux données psychophysiques, les présents travaux suggèrent que les oscillations corticales sont impliquées dans l'encodage du temps perçu. Une première étude montre que la phase des oscillations corticales basse-fréquences peut encoder l'ordre temporel perçu entre événements sensoriels s'il y a entrainement neural, i.e. si l'activité cérébrale suit les régularités temporelles de la stimulation. L'implication des oscillations cérébrales en l'absence d'entrainement est testée dans une seconde expérience. Les résultats d'une troisième expérience suggèrent que l'entrainement neural n'a d'influence sur le traitement temporel des informations multisensorielles qu'à basse fréquence (1-2 Hz). Un dernier chapitre aborde le rôle de l'entrainement neural dans l'encodage des dynamiques du signal acoustique pour la perception de la parole. En conclusion, cette thèse suggère que le cerveau est capable de suivre la structure temporelle du monde extérieur, et que cet ajustement permet la construction d'un référentiel temporel interne pour la perception explicite et implicite du temps. / The timing of sensory events is a crucial perceptual feature, which affects both explicit judgments of time (e.g. duration, temporal order) and implicit temporal perception (e.g. movement, speech). Yet, while the relative external timing between events is commonly evaluated with a clock in physics, the brain does not have access to this external reference. In this dissertation, we tested the hypothesis that the brain should recover the temporal information of the environment from its own dynamics. Using magnetoencephalography (MEG) combined with psychophysics, the experimental work suggests the involvement of cortical oscillations in the encoding of timing for perception. In the first part of this dissertation, we established that the phase of low-frequency cortical oscillations could encode the explicit timing of events in the context of entrainment, i.e. if neural activity follows the temporal regularities of the stimulation. The implications of brain oscillations for the encoding of timing in the absence of external temporal regularities were investigated in a second experiment. Results from a third experiment suggest that entrainment does only influence audiovisual temporal processing when bound to low-frequency dynamics in the delta range (1-2 Hz). In the last part of the dissertation, we tested whether oscillations in sensory cortex could also ‘tag’ the timing of acoustical features for speech perception. Overall, this thesis provides evidence that the brain is able to tune its timing to match the temporal structure of the environment, and that such tuning may be crucial to build up internal temporal reference frames for explicit and implicit timing perception.

N/A

La mémoire épisodique, notre capacité de se rappeler des épisodes particuliers de notre vie, a été initialement définie chez l'homme en termes de l'information qu'elle contient, quel événement a eu lieu, où et dans quel contexte /quand s'est-il produit? La démonstration de l'existence de cette forme de mémoire chez l'animal a été réalisée chez le geais buissonnier. En effet, cet oiseau cacheur est capable de former une représentation mentale complexe du type de nourriture qu'il a caché, où et quand. Cette forme de mémoire qualifiée d' « episodic-like » a depuis une dizaine d'année été établie chez le rongeur. Au cours de ma thèse, j'ai suivi deux objectifs: valider un nouveau paradigme de mémoire épisodique chez le rat et l'utiliser pour étudier les circuits neuronaux qui sous-tendent cette forme particulière de mémoire. La première partie du manuscrit présente le développement et la validation d'un protocole original destiné à l'étude de la mémoire épisodique chez le rat. Lors de la conception de cette tâche, nous avons essayé de réduire au minimum la procédure d'entrainement des animaux afin de préserver l'essence même de la mémoire épisodique qui est la mémoire d'épisodes uniques. Pendant la tâche les rats ont été exposés à deux épisodes différents, au cours desquels des combinaisons uniques odeurs-place (information « quoi et où ») ont été présentées dans des contextes différents enrichis et multi-sensoriels (information « dans quel contexte »). Nous avons démontré que certains rats («ww») étaient capables de former des associations de mémoire (« episodic-like ») qui leur permettent de se souvenir de l'intégralité de l'épisode présenté après des délais courts (24h) et longs (24 jours) et dans différentes situations de rappel, tandis que d'autres («rest») ne se souvenaient que partiellement des informations présentes lors de l'épisode. Une approche pharmacologique réalisée lors de la validation de la tâche nous a permis de confirmer que l'hippocampe dorsal était nécessaire au rappel épisodique complet. Dans une version étendue du protocole dans laquelle des rats ont été exposés à deux épisodes supplémentaires, nous avons trouvé que l'expérience des épisodes préalablement acquis par les rats facilite l'encodage de nouveaux épisodes et que la mémoire de ces épisodes est plus stable. La deuxième partie de la thèse présente une première approche de l'étude des circuits neuronaux sous tendant la formation et la récupération de la mémoire épisodique. L'approche méthodologique utilisée est l'enregistrement multi-site de potentiels de champs locaux chez l'animal vigile. Le réseau de structures enregistrées inclut les aires sensorielles olfactives, des régions du cortex préfrontal médian et latéral ainsi que les régions dorsales et ventrales de l'hippocampe. Après avoir extrait des signaux le contenu fréquentiel dans deux bandes de fréquences (béta et théta), nous avons analysé les variations de puissance de l'activité oscillatoire dans ces bandes en utilisant des analyses en transformées de Hilbert et ondelette de Morlet. La période d'analyse est centrée sur l'échantillonnage de l'odeur, dernière information traitée avant que l'animal produise sa réponse comportementale. Les changements de puissance dans les deux bandes en réponse à l'odeur ont été comparés dans les différentes situations expérimentales pour les rats «ww» et les rats «rest». Les résultats obtenus montrent que le réseau de structures activées dans la bande béta en réponse à l'odeur est différent en fonction du profil de rappel des animaux (les rats du profil «ww» versus les rats «rest») à la fois en encodage et en situation de rappel. L'activité dans le réseau est également différente en fonction du type de réponse (hit versus rejet correct) / Episodic memory, our capacity to recollect particular life episodes, has been initially defined in terms of the information it contains, what kind of event, where and in which context/when did it take place. Pioneering studies on food-caching birds have demonstrated that animals are also able to form such complex memories, referred to as episodic-like memories in animals, however its modelling in rodents has proved challenging. The aim of this thesis was twofold: further development and validation in rats of a new episodic-like memory paradigm and study of neural circuits involved in formation and retrieval of this particular memory. The first part of the thesis presents the original behavioral paradigm developed in our group. In our task we tried to minimize training procedure in order to preserve the nature of episodic memory which is the memory for unique life episodes. Hereby rats were exposed to two different episodes, during which unique odor-place combinations (“what and where” information) were presented in different enriched multisensory contexts (“in which context” information). We found that some rats (“ww” group) were indeed able to form episodic-like memory associations which can be recalled after short (24 h) and long delays (24 days) in different experimental situations, while other animals (“rest” group) remembered only parts of the information contained in the initial episodes. Using pharmacological inactivation of dorsal hippocampus we have demonstrated that hippocampus is required specifically for retrieval of associated episodic-like memory information, but not for retrieval of single elements of the presented episodes in our task. In an extended version of the protocol in which rats were exposed to two additional episodes we found that previously acquired experience of the rats facilitates the encoding of new episodes and that the memory of these new episodes is more stable. The second part of the manuscript presents the first approach to study neural circuits involved in episodic-like memory encoding and retrieval in our task. Electrophysiological methodology was based on local field potential recordings obtained in parallel in several brain regions in behaving animals. The network of structures investigated included olfactory neocortical brain areas, brain regions in lateral and medial prefrontal cortex and the dorsal and ventral part of the hippocampus. The analysis was based on the estimation of magnitude of the oscillatory activity (described as power changes) in theta and beta frequency bands using Hilbert and Morlet wavelet transform for the analyses. The power analysis evolved around odor sampling event which constituted the last piece of information required for recollection of the whole episodic-like memory association. The odor-induced changes in power were compared between “ww” and “rest” animals in different experimental situations. We found that the network of activated brain regions in beta frequency band differed as a function of the memory profile of the rats (complete episodic-like memory recollection versus remembering partial information of the episodes) during both memory encoding as well as retrieval. We have also demonstrated that this active network changes when memory becomes consolidated (recent versus remote memory). Additionally we have shown that the activity in the network depends on the type of the response (hit versus correct rejection) given by the rat during memory encoding and retrieval. The network of brain regions that showed changes in theta power during memory formation and retrieval differed strongly from beta band network. In contrast to beta, the memory profile effect was much less prominent for theta band. However similarly to beta, there were also significant changes in network depending on the encoding session and the age of memory at test