La perte de la vision affecte considérablement la capacité de se déplacer dans l’environnement. Les personnes aveugles utilisent aujourd’hui des aides à la mobilité comme la canne blanche et le chien guide. Cependant, ces aides ne donnent pas assez d’information sur l’environnement, et des accidents peuvent parfois survenir, notamment avec des obstacles en hauteur, non détectés par la canne blanche. Les systèmes de substitution sensorielle permettent d’apporter l’information visuelle via une autre modalité intacte comme le toucher. Il en existe principalement deux types, des systèmes de guidages, comme le EyeCane qui donne une information de distance en un point, et des systèmes visuels comme le Tongue Display Unit, basé sur le contraste qui transforme le signal d’une caméra en stimulation électro-tactile sur la langue. Le but de l’étude était de comparer ces deux appareils dans un même couloir à obstacle à taille réelle (21m x 2,4m). Des aveugles précoces et tardifs, et des contrôles voyants aux yeux bandés devaient traverser le couloir tout en détectant, identifiant et évitant les obstacles (cube, porte, sol, poteau) rencontrés. Les résultats ont montré que tous les participants ont été capables de naviguer avec les deux appareils. De plus, avec le EyeCane, les participants aveugles ont significativement mieux évité les obstacles après détection que les voyants, et que les aveugles précoces étaient significativement plus rapides pour traverser le couloir que les deux autres groupes. Cependant, la comparaison entre les deux appareils a révélé que les aveugles tardifs ont détecté significativement plus d’obstacles avec le TDU qu’avec le EyeCane sans pour autant améliorer les performances de navigation. De plus, la quantité d’information sur l’environnement fournie par le TDU semble ralentir et fatiguer les participants après une longue période d’utilisation. On peut alors suggérer que seules les informations de l’environnement immédiat données par le EyeCane sont nécessaires et suffisantes à la navigation. Cette étude permet de mieux guider la conception de futurs appareils destinés à améliorer l’indépendance de navigation chez les personnes aveugles. / Vision loss affects the ability to move around the environment. People who are blind today use mobility aids such as the long cane and guide dog. However, these aids do not provide enough information about the environment, and accidents can sometimes occur, especially with high obstacles not detected by the white cane. Sensory substitution systems allow visual information to be provided via another intact modality such as touch. There are mainly two types: guidance systems, like the EyeCane, that give distance information at a point, and visual systems, like the Tongue Display Unit, based on contrast which transforms the signal from a camera into electrotactile stimulation on the tongue. The aim of the study was to compare these two devices in the same full-size obstacle course (21m x 2.4m). Early and late blind, and blindfolded sighted controls had to cross the hallway while detecting, identifying and avoiding encountered obstacles (cube, door, floor, pole). It was found that all participants were able to navigate with both devices. Furthermore, with the EyeCane, the blind participants were significantly better to avoid obstacles after detection than the sighted, and the early blind were significantly faster to cross the corridor than the other two groups. However, the comparison between the two devices revealed that participants detected significantly more obstacles with the TDU than with the EyeCane without improving navigation performance. In addition, the amount of environmental information provided by the TDU appears to slow down and tire participants after a long period of use. We can then suggest that only the information of the immediate environment given by the EyeCane is necessary and sufficient for navigation. This study helps to guide the design of future devices to improve navigation independence in blind people.

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

Cette étude explore les réponses évoquées, l'activité intrinsèque et spontanée de deux populations neuronales différentes dans la région du cerveau correspondant à la patte arrière des souris. Dans cet article, nous nous sommes concentrés sur un modèle murin du syndrome de l'X fragile (SXF), qui est la forme la plus commune de syndrome de retard mental héréditaire et une cause fréquente de troubles du spectre autistique (TSA). SXF est un trouble à gène unique (Fmr1), qui peut être modélisé de manière fiable par un modèle murin transgénique : la souris Fmr1-/y déficiente pour le gène codant Fmr1. L'hyperexcitabilité des réseaux néocorticaux et l'hypersensibilité aux stimuli sensoriels sont des caractéristiques importantes du SXF et des TSA.Ceci est directement lié à un changement du nombre de synapses locales, de canaux ioniques, de l'excitabilité membranaire et de la connectivité des circuits de cellules individuelles. Précédemment, nous avons identifié un défaut dans les canaux ioniques, comme pouvant contribuer à ces phénotypes. Nous avons testé cette hypothèse comme un mécanisme contribuant aux défauts de traitement sensoriel chez les souris Fmr1-/y. Le cortex somatosensoriel primaire de la souris (S1) traite différentes informations sensorielles et constitue la plus grande zone du néocortex, soulignant l'importance de la modalité sensorielle pour le comportement des rongeurs. Nos connaissances concernant le traitement de l'information dans S1 proviennent d'études du cortex en tonneaux lié aux moustaches, mais le traitement des entrées sensorielles des pattes postérieures est mal compris. Par l’utilisation de la technique d’enregistrement de cellule entière par patch clamp in vivo, nous avons classes les cellules en répondeurs supraliminaires (cellules qui répondaient aux stimulations de la patte arrière avec un potentiel d'action), les répondeurs subliminaires (les cellules qui répondaient sans déclencher un potentiel d'action) et les cellules non répondeuses qui ne présentaient aucune réponse. Puis, nous avons comparé les réponses évoquées sub et supraliminaires, les propriétés intrinsèques et l’activité spontanée des neurones pyramidaux de la couche 2/3 (L2/3) de la region S1 de la patte arrière (S1-HP) d’animaux anesthésiés sauvage (WT) et Fmr1-/y. Nous avons identifié des altérations de réponse spontanée, intrinsèque et évoquée chez les souris Fmr1-/y. L’application d’un ouvreur de canaux ioniques BKCa a restauré certaines de ces propriétés altérées chez les souris Fmr1-/y / This study explores the evoked responses, intrinsic and spontaneous activity of two different neuronal populations in the hind paw region of the primary somatosensory cortex (S1) of mice. Initially, we explored information processing in these neurons under normal physiological conditions, and subsequently in a mouse model of Fragile X Syndrome (FXS). FXS is the most common form of inherited mental retardation syndrome and a frequent cause of autism spectrum disorders (ASD). FXS is a single gene (Fmr1) disorder, which can be reliably modeled by a mutant mouse model, the Fmr1 knockout (Fmr1-/y) mouse. Hyperexcitability of neocortical networks and hypersensibility to sensory stimuli are prominent features of FXS and ASD. We previously established a strong causal link between a channelopathy, hyperexcitability of neurons in the primary sensory region of the neocortex and sensory hypersensitivity in this mouse model. In the current study, we extended these findings, by conducting a detailed exploration of the processing of tactile sensory information (evoked by hind paw stimulation) in the neocortex of these mice.Most of our knowledge regarding information processing in S1 comes from studies of the whisker-related barrel cortex (which processes tactile-related sensory information derived from the whiskers), yet the processing of sensory inputs from the hind-paws is poorly understood. Using in vivo whole-cell patch-clamp recordings, we classified the cells into suprathreshold responders (the cells which responded to the hind-paw stimulations with an action potential), subthreshold responders (the cells responded without eliciting an action potential) and non-responder cells (neurons which did not show any response). We then compared the evoked sub- and supra-threshold responses, intrinsic properties, and spontaneous activity of layer (L) 2/3 pyramidal neurons of the S1 hind-paw (S1-HP) region of anaesthetized wild type (WT) and Fmr1-/y mice. We identified spontaneous, intrinsic and evoked response alterations in Fmr1-/y mice. We probed possible mechanisms contributing to this sensory impairment in Fmr1-/y mice. Finally, we tested the possibility of correcting pathophysiological alterations in these neurons using specific pharmacological agents targeting the ion channel defects described previously by our team.

: Le rouge à lèvres est un produit incontournable du marché des cosmétiques. C’est un produit de formulation complexe et aux fonctionnalités multiples, parmi lesquelles la sensorialité est centrale et dépend principalement des corps gras mis en œuvre. Face à la multiplicité des ingrédients disponibles et aux pratiques de formulation s’appuyant largement sur l’expertise empirique des formulateurs, cette thèse répond à une problématique industrielle de mise en place d’une méthodologie de formulation raisonnée pilotée par la fonctionnalité sensorielle. Mettre en place une telle démarche d’ingénierie sensorielle nécessite d’intégrer la connaissance des liens entre la formulation, la structure et les fonctionnalités du produit. Pour ce faire, nous avons proposé une démarche en sept étapes, s’appuyant sur la réalisation d’une formule simplifiée et réaliste. Ce système a permis de structurer une approche hypothético-déductive concernant le rôle de différentes catégories d’ingrédients sur les propriétés sensorielles du produit. Nous avons ainsi pu montrer que les huiles et les cires ont un rôle majeur sur ces propriétés. Les huiles affectent principalement le glissant, le fondant, l’huileux, la douceur, le collant et la présence sur les lèvres. Les cires, quant à elles, ont une influence sur l’opacité et la quantité de rouge à lèvres déposé. Ce travail s’appuie sur une compréhension approfondie des mécanismes physicochimiques à l’origine de la structure du rouge à lèvres, observée à différentes échelles, et des propriétés résultantes. Enfin, sur deux cas concrets d’ingénierie inverse, nous avons validé cette démarche ainsi que les relations entre les propriétés des ingrédients, la structure et les propriétés mécaniques et sensorielles du rouge à lèvres. / Lipstick is a must-have product of the cosmetics market. It is made from a complex formulation and it has multiple functionalities, among which the sensoriality is central and depends mainly on fats and oils used. Given the multiplicity of available ingredients, formulation practices are largely based on the formulators’ empirical expertise. In this industrial context, this thesis aims at setting up a reasoned formulation methodology driven by the sensory functionality. Implementing such a sensory engineering approach requires integrating knowledge of the relationships between formulation, structure and product functionalities. In order to do this, we proposed a seven-step approach, based on the realization of a simplified and realistic formula. This system allowed to structure a deductive reasoning approach concerning the role of different categories of ingredients in the sensory properties of the product. Thanks to this approach, we have shown that oils and waxes have a major role in these properties. The oils mainly affect the slipperiness, the melting quality, the oiliness, the softness, the stickiness and the presence on the lips. Waxes, on the other hand, have an influence on the opacity and the amount of lipstick deposited. This work is based on a thorough understanding of the physicochemical mechanisms at the origin of the structure of lipsticks, observed at different scales, and of the resulting properties. Finally, we validated this approach, as well as the relationships between the properties of the ingredients, the structure and the mechanical and sensory properties of lipsticks, on two concrete cases of reverse engineering.

L'un des défis actuels de la chimie alimentaire est de développer des produits avec une qualité sanitaire et sensorielle optimale. Ceci est particulièrement important dans les produits traités thermiquement, tels que les produits céréaliers. Lors de la cuisson et à partir des ingrédients, un nombre considérable de composés peuvent se former. Certains suscitent une préoccupation sanitaire émergente, lorsque d'autres jouent un rôle sensoriel indéniable. Comprendre la réactivité des constituants devient alors un levier puissant pour développer des voies d'amélioration des aliments. Ce travail porte sur les effets des ingrédients et conditions de cuisson dans la génération de furane, composé possiblement cancérigène, et furfural, composé odorant contribuant à l'arôme caractéristique de la génoise. Afin de maîtriser la réactivité et ainsi optimiser la qualité des produits, une approche globale a été adoptée, incluant l'étude des composés volatils, des propriétés physicochimiques et sensorielles et l'appréciation hédonique des consommateurs. Ce travail propose une méthodologie et ouvre des pistes intéressantes pour développer des stratégies efficaces de maîtrise de la qualité globale des produits transformés. / A current challenge for food chemists consists in developing safe yet appealing food. This is particularly difficult in thermally-treated foods, like baked products, since a great number of compounds may be produced during heating. While some of these are of health concern, others contribute to other key aspects of quality, such as aroma or color, revealing the need of considering reactivity into food quality design. This work deals with the effects of formulation and baking conditions on the generation of furan, a heatinduced contaminant, and furfural, contributing typical aroma to sponge cake. Moreover, a holistic approach was adopted, covering volatile generation, physical properties, sensory evaluation and consumer tests, both for further understanding reactivity and optimizing product quality. This work is certainly an important step towards the development of novel strategies for qualitydriven design of heat-treated food.

Contexte : Le traitement des informations externes étant toujours présent pendant le sommeil, présenter des stimulations sensorielles durant le sommeil peut en améliorer la qualité. Le mouvement latéral et doux d’un lit berçant, a montré des résultats prometteurs chez l’humain et la souris, sur une seule nuit chez des bons dormeurs. Objectif : L’objectif de ce projet pilote est d’évaluer les effets préliminaires du bercement durant le sommeil (mouvement latéral, 0.25Hz) sur la qualité du sommeil pendant plusieurs nuits consécutives. Nous cherchons à tester notre lit berceur et à reproduire les effets bénéfiques trouvés dans la littérature sur la qualité du sommeil, et à déterminer si ses effets se maintiennent lors de plusieurs nuits. Méthodologies : Le sommeil de 8 jeunes bons dormeurs (24.25  3.20 ans), a été évalué objectivement (polysomnographie, PSG), et subjectivement (questionnaires) durant 6 nuits, dont 5 nuits expérimentales sur le lit berceur (3 nuits bercées (B), 2 nuits stationnaires (S)). Résultats : Lors de B1, les participants ont passé moins de temps en sommeil profond (N3; p=0.013), et plus de temps éveillé (p=0.03) que lors de S1. En B2 ils ont passé plus de temps éveillé qu’en S2 (p=0.039), moins en B2 qu’en B1 (p=0.023), sans changements entre S1 et S2 ni entre B2 et B3 (toutes p>0.05), bien que 6/8 participants ont augmenté leur %N3 et diminué leur %N1+N2 de B2 à B3. Aucune influence du bercement sur la qualité du sommeil subjective, l’humeur ou la perception du sommeil n’est ressortie (toutes p>0.05). Conclusion : Au cours des 3 nuits bercées, une habituation du dormeur au bercement semble se produire. L’absence de résultats bénéfiques viendrait des propriétés de l’accélération linéaire du moteur. / Context: Since the process of external information continues during sleep, presenting sensory stimuli during sleep can enhance its quality. The gentle lateral movement of a rocking bed has shown promising results in humans and mice during a single night with good sleepers. Objective: The objective of this pilot study is to evaluate the preliminary effects of rocking during sleep (lateral movement, 0.25Hz) on sleep quality over multiple consecutive nights. We aim to test our rocking bed and replicate the beneficial effects found in the literature on sleep quality, as well as determine if these effects persist over several nights. Methodology: The sleep of 8 young good sleepers (24.25 ± 3.20 years) was objectively assessed (polysomnography, PSG) and subjectively evaluated (questionnaires) over 6 nights, including 5 experimental nights on the rocking bed (3 rocking nights (B), 2 stationary nights (S)). Results: During B1, participants spent less time in deep sleep (N3; p=0.013) and more time awake (p=0.03) compared to S1. They spent more time awake in B2 than in S2 (p=0.039), and in B2 than in B1 (p=0.023), with no changes between S1 and S2 nor between B2 and B3 (all p>0.05). However, 6/8 participants increased their %N3 and decreased their %N1+N2 from B2 to B3. No influence of rocking on subjective sleep quality, mood, or sleep perception was observed (all p>0.05). Conclusion: Over the course of the 3 rocking nights, a habituation of the participant to the rocking movement seems to occur. The absence of beneficial results may be attributed to the linear acceleration properties of the motor.

Le traitement de l'eau permet à tout un chacun d'avoir de l'eau potable simplement en ouvrant le robinet. Pourtant, un nombre grandissant de consommateurs préfère boire de l'eau embouteillée. Les raisons de ce choix sont essentiellement esthétiques et en lien étroit avec les goûts et les odeurs. Cette préférence se manifeste notamment parmi les citoyens de Sainte-Foy, ville dont le réseau est alimenté par le fleuve Saint-Laurent. La présente étude a pour objectifs de comprendre ce qui peut engendrer ces problèmes organoleptiques. Pour ce faire, un suivi des paramètres physicochimiques et un profil des qualités esthétiques de l'eau ont été effectués, au moyen d'un groupe témoin de dégustation (panel), en plusieurs points du réseau de la ville de Sainte-Foy ainsi qu'à l'usine de traitement. Or, les principaux problèmes qui ont été retenus résident dans les goûts et les odeurs de chlore. Par conséquent, la mise en relation des pôles analyses et perceptions devait permettre de comprendre pourquoi ces problèmes étaient présents et comment ils évoluaient. Ainsi, de cette opération, la seule certitude mise en lumière se retrouve en début de réseau où il est nettement clair que l'acide hypochloreux est responsable des odeurs de chlore, et ce, durant toute l'année. En ce qui concerne les autres points du réseau, des composés autres que ceux étudiés dans cette recherche interviendraient de 40 à 50 % dans la responsabilité de ces odeurs de chlore. Le reste se partage entre l'acide hypochloreux et la trichloramine. En conséquence, les problèmes de goût et d'odeur seraient dus à une contribution partagée entre plusieurs composés présents dans l'eau. Cependant, tous ces composés n'ont pas fait l'objet de cette recherche.

Plusieurs fabricants de biscuits et gâteaux français se sont engagés à mettre sur le marché des produits de meilleure qualité nutritionnelle. Ce travail de thèse a eu pour objectif de déterminer si cette amélioration de la qualité nutritionnelle était compatible avec le maintien de la qualité sensorielle. La première étude portait sur l'impact des réductions en lipides et/ou en sucres sur l'appréciation et la perception sensorielle de neuf catégories de biscuits et gâteaux. Les résultats montrent que les enfants perçoivent peu de différences et apprécient généralement autant les variantes réduites que les variantes standards. Pour les produits réduits sans ajout de polyols, les adultes déprécient principalement les variantes qui sont perçues moins sucrées et parfois également moins grasses et/ou différentes d'un point de vue textural. De plus, les réductions en sucres sont plus perceptibles que les réductions en lipides et à taux de réduction proches, les produits réduits en lipides sont moins dépréciés que ceux réduits en sucres. Les produits réduits avec ajout de polyols ne sont pas dépréciés et ne sont pas tous perçus moins sucrés.La deuxième étude s'est intéressée à deux leviers pour faire mieux accepter les produits réduits en lipides ou sucres. En exposant quasi-quotidiennement des consommateurs à des biscuits réduits d'environ 30 % en lipides ou en sucres, l'appréciation de ces produits augmente après un mois, mais davantage pour les lipides. En revanche, une exposition progressive ne montre pas d'effet sur un mois. Par ailleurs, une allégation nutritionnelle indiquant une réduction ne semble pas être un levier pour l'appréciation de biscuits et gâteaux réduits en lipides ou sucres

Les actions motrices humaines peuvent être envisagées comme étant soit volontaires, c'est-à-dire intérieurement déclenchées afin d’atteindre un certain but, soit réactives, c'est-à-dire extérieurement déclenchées par des stimuli environnementaux. Cette dissociation a notamment été proposée au sein de la théorie idéomotrice suggérant que la réalisation d'actions volontaires repose sur notre capacité à prédire les conséquences sensorielles de nos actions, grâce aux associations action-effet qui sont acquises avec l'expérience. Selon les modèles computationnels tels que le principe de minimisation de l’énergie libre, la prédiction sensorielle est également considérée comme un processus majeur de la perception et du contrôle moteur, indépendamment du type d’action. Dès lors, les études visant à explorer la prédiction sensorielle liée au contrôle moteur ont systématiquement minimisé la distinction potentielle entre deux types d'actions plus ou moins indépendantes. Dans la présente thèse, nous nous sommes principalement attelés à tester la théorie idéomotrice originale qui suggère une implication supérieure de la prédiction sensorielle dans les actions intentionnelles par rapport à des actions plus réactives. Nous avons réalisé ce travail selon trois axes : (1) À travers des expériences comportementales, nous avons cherché à préciser à quel(s) stade(s) moteur(s) la prédiction de l'effet de l'action pouvait être associée, dans les actions intentionnelles d’une part et dans les actions davantage réactives d’autre part, afin de pouvoir dissocier la dynamique temporelle de la prédiction sensorielle au sein de ces deux catégories d'actions. (2) En tirant parti des postulats dérivés des approches computationnelles, nous avons utilisé l'EEG pour explorer d'abord le niveau d'erreur de prédiction liée aux effets sensoriels imprévisibles ou mal-prédits afin de dissocier ces deux types d'événements non prédits au niveau neural. Par la suite, nous avons étudié si les marqueurs EEG de la prédiction sensorielle (c'est-à-dire l'erreur de prédiction et l'atténuation sensorielle) étaient modulés par le type d'action déclenchant l'effet sensoriel. (3) Enfin, nous avons examiné si des variations dans le processus de prédiction des effets de l'action pouvaient être associés à certains déficits moteurs dans la maladie de Parkinson et à des tendances impulsives mesurées chez des participants sains, pour éventuellement conférer une dimension clinique au processus de prédiction sensorielle. Nos résultats ont démontré (1) que la dynamique temporelle de la prédiction des effets de l'action semble effectivement dépendre du type d'action, en étant liée aux étapes précoces et tardives de la préparation motrice des actions intentionnelles, mais seulement aux étapes tardives de la préparation motrice des actions réactives. Nous avons également montré que (2) les événements mal prédits généraient une erreur de prédiction plus importante comparativement à des événements imprévisibles. Par ailleurs, les marqueurs EEG de la prédiction sensorielle étaient plus prononcés pour les effets auditifs déclenchés par des actions intentionnelles par rapport aux effets auditifs déclenchés par des actions réactives. Enfin, nos résultats ont permis de démontrer que (3) le processus de prédiction sensorielle semble être altéré lors de la réalisation d’actions intentionnelles chez des patients atteints de la maladie de Parkinson, et que les marqueurs EEG de la prédiction d’effets auditifs déclenchés par des actions intentionnelles sont modulés par les tendances impulsives d’individus sains. Dans l'ensemble, nos résultats soutiennent l’existence d’une dissociation fonctionnelle entre actions intentionnelle et réactive, et sont également cohérents avec la version originale de la théorie idéomotrice étant donné que la prédiction sensorielle semble être impliquée plus tôt et plus fortement dans les actions intentionnelles que dans les actions réactives. (…) / Motor actions can be classified as being either intention-based, i.e. internally triggered in order to reach a certain goal, or either stimulus-driven, i.e. externally triggered in order to accommodate to environmental events. This elementary dissociation was notably theorized within the original ideomotor theory stating that performing intention-based actions relies on our capacity to predict the sensory consequences of our actions, due to action-effect associations learnt through experience. In recent neurocomputational models such as the brain free-energy principle, this sensory prediction is considered as a key process of overall sensorium and motor control, regardless the action type. Henceforth, experiments studying sensory prediction related to motor control have systematically minimized the potential distinction between two more or less independent action types. In the current thesis, we mainly attempted to address this issue by testing the original ideomotor viewpoint, suggesting a superior involvement of action-effect prediction in intention-based actions compared to more reactive actions. We achieved this work according to three axes: (1) Through behavioural experiments, we aimed at clarifying which motor stage(s) action-effect prediction is related to, within intention-based actions and within stimulus-driven actions, in order to potentially dissociate the temporal dynamics of action-effect prediction in these two categories of actions. (2) Taking advantage from assumptions derived from neurocomputational approaches, we used EEG to first explore the level of prediction error related to unpredicted vs. mispredicted auditory events in order to dissociate these two types of nonpredicted events at a neural level. Then, we investigated whether EEG markers of sensory prediction (i.e., prediction error and sensory attenuation) were modulated by the kind of action triggering the sensory effect. (3) Finally, we intended to examine whether action-effect prediction variations could be linked to motor deficits in Parkinson's disease on the one hand, and to impulsivity tendencies in healthy participants on the other hand, for possibly yielding a clinical dimension to the sensory prediction process. Our findings demonstrated (1) the temporal dynamics of action-effect prediction seems to depend on the action kind, being linked to both early and late stages of motor preparation of intention-based actions and only to late stages of motor preparation of stimulus-driven actions. We also showed that (2) mispredicted events were linked to enhanced prediction error compared to unpredicted events, and that EEG markers of sensory prediction were more pronounced for auditory effects triggered by intention-based actions compared to auditory effects triggered by stimulus-driven actions. Then, our results sustained that (3) the action-effect prediction process seems to be impaired for intention-based actions in Parkinson's disease, and that EEG markers of sensory prediction for effects triggered by intention-based actions are modulated by impulsiveness tendencies in healthy participants. Altogether, our findings are consistent with the original version of the ideomotor theory given the action-effect prediction appeared to be earlier and stronger involved in intention-based actions compared to stimulus-driven actions. Our EEG data also modernized the ideomotor principle, reconciling it with neurocomputational approaches of sensory prediction. Finally, the clinical exploration of the action-effect prediction process in pathologies affecting motor control appeared promising to understand intermediate neurocognitive processes which are involved in motor symptoms or characteristics.

Résumé: Les systèmes de substitution sensorielle convertissent des stimuli d’une modalité sensorielle en des stimuli d’une autre modalité. Ils peuvent fournir les moyens pour les personnes handicapées de percevoir des stimuli d’une modalité défectueuse par une autre modalité. Le but de ce projet de recherche était d’étudier des systèmes de substitution de l’audition vers la vision. Ce type de substitution n’est pas bien étudié probablement en raison de la complexité du système auditif et des difficultés résultant de la désadaptation entre les sons audibles qui peuvent changer avec des fréquences allant jusqu’à 20000 Hz et des stimuli visuels qui changent très lentement avec le temps afin d’être perçus. Deux problèmes spécifiques des systèmes de substitution de l’audition vers la vision ont été ciblés par cette étude: la recherche de correspondances audiovisuelles et l’extraction de caractéristiques auditives. Une expérience audiovisuelle a été réalisée en ligne pour trouver les associations entre les caractéristiques auditives (la fréquence fondamentale et le timbre) et visuelles (la forme, la couleur, et la position verticale). Une forte corrélation entre le timbre des sons utilisés et des formes visuelles a été observée. Les sujets ont fortement associé des timbres “doux” avec des formes arrondies bleues, vertes ou gris clair, des timbres “durs” avec des formes angulaires pointues rouges, jaunes ou gris foncé et des timbres comportant simultanément des éléments de douceur et de dureté avec un mélange des deux formes visuelles arrondies et angulaires. La fréquence fondamentale n’a pas été associée à la position verticale, ni le niveau de gris ou la couleur. Étant donné la correspondance entre le timbre et une forme visuelle, dans l’étape sui- vante, un modèle hiérarchique flexible et polyvalent bio-inspiré pour analyser le timbre et extraire des caractéristiques importantes du timbre a été développé. Inspiré par les découvertes dans les domaines des neurosciences, neurosciences computationnelles et de la psychoacoustique, non seulement le modèle extrait-il des caractéristiques spectrales et temporelles d’un signal, mais il analyse également les modulations d’amplitude sur différentes échelles de temps. Il utilise un banc de filtres cochléaires pour résoudre les composantes spectrales d’un son, l’inhibition latérale pour améliorer la résolution spectrale, et un autre banc de filtres de modulation pour extraire l’enveloppe temporelle et la rugosité du son à partir des modulations d’amplitude. Afin de démontrer son potentiel pour la représentation du timbre, le modèle a été évalué avec succès pour trois applications : 1) la comparaison avec les valeurs subjectives de la rugosité 2) la classification d’instruments de musique 3) la sélection de caractéristiques pour les sons qui ont été regroupés en fonction de la forme visuelle qui leur avait été attribuée dans l’expérience audiovisuelle. La correspondance entre le timbre et la forme visuelle qui a été révélée par cette étude et le modèle proposé pour l’analyse de timbre peuvent être utilisés pour développer des systèmes de substitution de l’audition vers la vision intuitifs codant le timbre en formes visuelles. / Abstract: Sensory substitution systems encode a stimulus modality into another stimulus modality. They can provide the means for handicapped people to perceive stimuli of an impaired modality through another modality. The purpose of this study was to investigate auditory to visual substitution systems. This type of sensory substitution is not well-studied probably because of the complexities of the auditory system and the difficulties arising from the mismatch between audible sounds that can change with frequencies up to 20000 Hz and visual stimuli that should change very slowly with time to be perceived. Two specific problems of auditory to visual substitution systems were targeted in this research: the investigation of audiovisual correspondences and the extraction of auditory features. An audiovisual experiment was conducted online to find the associations between the auditory (pitch and timbre) and visual (shape, color, height) features. One hundred and nineteen subjects took part in the experiments. A strong association between timbre of envelope normalized sounds and visual shapes was observed. Subjects strongly associated soft timbres with blue, green or light gray rounded shapes, harsh timbres with red, yellow or dark gray sharp angular shapes and timbres having elements of softness and harshness together with a mixture of the previous two shapes. Fundamental frequency was not associated with height, grayscale or color. Given the correspondence between timbre and shapes, in the next step, a flexible and multipurpose bio-inspired hierarchical model for analyzing timbre and extracting the important timbral features was developed. Inspired by findings in the fields of neuroscience, computational neuroscience, and psychoacoustics, not only does the model extract spectral and temporal characteristics of a signal, but it also analyzes amplitude modulations on different timescales. It uses a cochlear filter bank to resolve the spectral components of a sound, lateral inhibition to enhance spectral resolution, and a modulation filter bank to extract the global temporal envelope and roughness of the sound from amplitude modulations. To demonstrate its potential for timbre representation, the model was successfully evaluated in three applications: 1) comparison with subjective values of roughness, 2) musical instrument classification, and 3) feature selection for labeled timbres. The correspondence between timbre and shapes revealed by this study and the proposed model for timbre analysis can be used to develop intuitive auditory to visual substitution systems that encode timbre into visual shapes.