La thématique principale de nos travaux est l'étude de l'intégration du mouvement au niveau de la population du cortex visuel primaire du singe éveillé : de l'identification des circuits corticaux impliqués dans le traitement du mouvement,jusqu'à l'identification et l'émergence d'un signal de mouvement. Nous avons ainsi principalement utilisé deux protocoles (mouvement réel ou apparent).La réponse neuronale de population à l'entrée du système (V1) a été comparée à une réponse comportementale en sortie, la réponse de suivi oculaire réflexe (OFR).L'activité de population dans le cortex visuel primaire est enregistrée par imagerie optique de composés sensible au potentiel.Nous avons alors montré que la réponse au contraste dans V1 est contrôlée par un bassin de normalisation dynamique qui évolue lentement via un recrutement progressif et polysynaptique des circuits récurrents locaux. Ce bassin reçoit des afférents horizontaux liés au contraste qui suppriment graduellement le gain au contraste et à la réponse neuronale.Ensuite, en comparant l'activité de population de V1 avec la réponse de suivi oculaire réflexe avec un stimulus dont l'échelle intermédiaire active à la fois l'entrée et la sortie du système, nous avons identifié deux mécanismes distincts, impliqués dans les interactions contextuelles étudiées : un mécanisme précoce et rapide agissant sur les entrées fortes provenant majoritairement de MT et un mécanisme lent et soutenu plus visible sur les entrées faibles provenant majoritairement de V1.Finalement, en étudiant l'intégration et la représentation du mouvement apparent à la surface de V1, nous avons observé que la dynamique de l'activité corticale générée par des stimuli de mouvement apparent induit une suppression non-linéaire à la surface du cortex qui permet à la population de V1 de ne représenter qu'un seul stimulus à la fois, et ferait donc émerger un signal de mouvement non-ambigu.Pour conclure, nos expériences montrent que les interactions non-linéaires entre et parmi les aires corticales entraînent la normalisation, la modulation et l'émergence de différents signaux de mouvement. / Our goal is to study motion integration at population level in V1 in the awake behaving onkey. We compare V1population recorded with optical imaging of voltage sensitive dyes with ocular following response.We have shown that contrast response function in V1 is controlled by a dynamic normalization pool. Then we identified two distinct mechanisms involved in contextual modulations: a fast transient one originating from MT and a show and sustained one, originating from V1. Finally, we have observed that cortical activity dynamics in presponse to apparent motion can induce a suppression wave at acortical surface.

Medium access mechanisms are one of the most important aspects of buses, which are shared mediums. Almost all standard buses use Time Division Multiple Access (TDMA) as their medium access scheme. Such buses usually are multi-wire, very sensitive to time synchronization, and often managed by a master node. In this thesis, we develop new non-TDMA schemes for bus communications which are based on Code Division Multiple Access (CDMA), or Frequency Division Multiple Access (FDMA) that do not have the intrinsic limitations of traditional buses. The proposed schemes are based on a single wire bus setting. Since, in theory, any node can have a dedicated communication link to any other node on the bus, the nodes virtually form a fully-connected mesh, hence the name Mesh-Bus. In such schemes, no master node is required on the bus; therefore, we can have a distributed bus in which all the nodes have the same functionality. Also, no time synchronization is required. Every node, using its unique code/frequency, creates a virtual private link to the other nodes, and using such interference-resistant virtual private links, the nodes communicate data to each other. This dissertation explores the underlying principals of such non-TDMA schemes and through extensive software simulations investigates various scenarios in for CDMA scheme, and studies the performance for the system. Finally, a hardware implementation of the CDMA scheme is presented, and some experimental results are provided to validate the simulation results.

Le striatum, tout particulièrement sa région sensorimotrice, est connu pour jouer un rôle crucial dans l’expression de routines motrices qui nécessitent la réalisation d’une suite de mouvements. Dans ce travail, nous avons étudié la contribution respective des neurones efférents et des interneurones cholinergiques du striatum dans les processus qui sous - tendent l’expression de séquences motrices automatisées, en enregistrant l’activité unitaire de ces deux populations neuronales chez des singes entraînés à effectuer des mouvements d’atteinte manuelle de cibles. Par cette approche, nous avons examiné les modifications d’activité de ces neurones lors d’un changement des conditions de performance durant la réalisation de la séquence de mouvements. Ainsi en manipulant l’ordre habituel ou la structure temporelle de la séquence, nous avons montré, au sein du striatum sensorimoteur, que les neurones efférents et les interneurones cholinergiques participent au traitement des informations spatiales et temporelles qui caractérisent une séquence motrice automatisée. Par ailleurs, nous avons montré que ces deux populations neuronales sont différentiellement activées lorsque l’ordre de la séquence est visuellement spécifié ou déterminé sur la base d’informations mémorisées. Ces résultats apportent des informations essentielles pour mieux comprendre les mécanismes neuronaux impliqués, au niveau du striatum sensorimoteur, dans le contrôle des séquences motrices automatisées. / It is well known that the striatum, especially its sensorimotor part, is involved in the expression of motor skills which require the production of a sequence of movements. In this study, we addressed the respective contribution of efferent neurons and cholinergic interneurons of the striatum in the processes underlying the expression of motor sequences, by recording single unit activity of these two neuronal populations in monkeys performing sequential arm reaching movements. By this experimental approach, we examined activity modulations of these neurons during a change in the conditions of performance of the motor sequence. Thus, by changing the habitual order or the temporal structure of the sequence, we underlined that within sensorimotor striatum, efferent neurons and cholinergic interneurons are involved in the processing of spatial and temporal information which characterize an automatic motor sequence. In addition, we reported differential activations of these two neuronal populations depending on whether the serial order of the sequence of movements is visually cued or based on internally stored information. Taken together, these results provide essential information in order to better understand the neuronal mechanisms involved, within the sensorimotor part of striatum, in the control of the automatic motor sequences.

Les travaux exposés dans cette thèse sont de natures multiples mais visent tous à une meilleure compréhension du geste de saisie chez l'homme, que ce soit d'un point de vue comportemental, cinématique ou de contrôle. Lorsqu'il doit saisir un objet, l'homme s'appuie sur une structure de contrôle multi-niveaux ainsi que son expérience, ce qui lui permet d'estimer les mouvements à effectuer de manière très efficace avant même d'avoir commencé à bouger. Nous pensons que ce mode de commande peut apporter une solution innovante au double problème de l'atteinte et de la saisie par une main artificielle. Nous avons donc développé une architecture de commande distribuée reproduisant en partie ces mécanismes et capable de contrôler ce genre d'artefacts de manière efficace, déclinée en plusieurs versions en fonction du niveau de contrôle souhaité. Elle est constituée d'un ensemble d'unités d'appariement s'inspirant des structures présentes dans le Système Nerveux Central : chacune a en charge une partie du problème global à résoudre, elles intègrent des informations en provenance de la consigne et/ou d'autres unités à travers des échanges parfois redondants, et elles s'appuient sur un algorithme d'apprentissage supervisé. Afin de mieux comprendre les principes qui sous-tendent le mouvement humain nous nous sommes aussi intéressés à la modélisation de la main et du geste de saisie, que ce soit à travers un protocole d'expérimentation chez l'homme ou l'analyse de données médicales et vidéos chez le singe

Le suivi des changements dans les populations de cellules immunitaires tels que les lymphocytes, monocytes et cellules dendritiques (DC) au cours de maladies infectieuses comme le virus de l'immunodéficience humaine (VIH) chez l'homme ou son équivalent chez le singe (VIS) est crucial. Grâce aux récentes avancées technologiques en cytométrie en flux, il est maintenant possible de mesurer et d'analyser simultanément jusqu'à 14 paramètres individuels à l'échelon cellulaire. L'objectif de ce travail consiste en la mise au point de 2 panels multicouleurs de 12 anticorps permettant d'analyser simultanément les principales populations de cellules immunitaires, respectivement chez l'humain et le macaque rhésus. Au terme de ce travail, il est maintenant possible de mesurer précisément tous les principaux acteurs du système immunitaire, à savoir les lymphocytes T CD4+ et T CD8+, les lymphocytes B, les cellules NK et NKT, les sous-populations de monocytes, et toutes les sous-populations de cellules dendritiques connues à ce jour, en utilisant une approche multiparamétrique de cytométrie en flux. Ce protocole d'analyse est réalisé sur du sang total, il est rapide, il n'implique pas de technique d'isolation cellulaire, et requiert une quantité minimum de sang. De plus, l'analyse de chaque population cellulaire est plus précise grâce à une contamination minimum entre les populations séparées. L'intérêt de ce travail est d'étudier les interactions entre les différentes populations de cellules immunitaires durant l'infection par VIH chez l'homme, ou VIS chez le singe ou potentiellement d'autres maladies, et en particulier de mieux comprendre le rôle important que les cellules dendritiques jouent dans la progression de ces maladies.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La présence du système endocannabinoïde (eCB), en particulier le récepteur CB1 (CB1R), dans la rétine, le corps genouillé latéral, et l’aire visuelle primaire (V1) du singe a récemment été mise en évidence. Cependant, aucune étude n’a démontré la présence de ce système dans l’aire visuelle secondaire V2, une région qui reçoit la plupart des efférences de V1. Comme V1 exprime ce récepteur, nous faisons l’hypothèse que l’aire V2 l’exprime également. Le but de notre étude est donc de caractériser l’expression et la localisation cellulaire de ce système dans l’aire V2 du singe vervet. Des cerveaux de cinq singes vervets (Chlorocebus sabeus) adultes ont été utilisés. Les marqueurs cellulaires NeuN, SMI-32, et PV ont été employés pour caractériser et identifier les différentes couches de V2. En localisant ces derniers, nous déterminons la distribution de CB1R et des enzymes de synthèse (NAPE-PLD) et de dégradation (FAAH) du système eCB en utilisant des techniques d’immunofluorescence. De plus, l’organisation laminaire en six couches de V2 a été mise en évidence par nos marqueurs cellulaires. Nos résultats démontrent la présence de CB1R dans les fibres axonales aux extrémités de V2, c’est-à-dire dans les couches superficielles (1-3) et profondes (5-6). CB1R est peu ou pas exprimé dans la couche 4. CB1R entoure, mais n’est pas exprimé par les cellules positives- NeuN, SMI-32 et PV. Cependant, les enzymes NAPE-PLD et FAAH sont présentes dans les cellules pyramidales SMI-32 et les cellules interneurones PV -positives. Ces données indiquent que CB1R, NAPE-PLD et FAAH sont présentes dans V2 et pourraient moduler l’information visuelle provenant de V1 et se dirigeant vers les aires V4 et V5, et probablement, influencer la perception visuelle. / The presence of the endocannabinoid system in the retina, the lateral geniculate body, and the primary visual area (V1) of the monkey has recently been established. However, no study has demonstrated the presence of this system in area V2, a region that receives most of the afferents from V1. As V1 expresses this system, we assume that the area V2 also expresses it. The aim of our study is to characterize the expression and cellular localization of this system in the visual cortex V2 of the vervet monkey. The brains of 5 adult monkeys were used in this project. Cellular markers NeuN, SMI-32, and PV were used to characterize and identify the layers of V2. Using immunofluorescence, these markers were also localized in order to study the distribution of CB1R, the enzyme of synthesis (NAPE-PLD) and of degradation (FAAH) of eCB ligands. The six-layer organization of V2 was also identified by our cellular markers. Our results show the presence of the eCB system in area V2. Furthermore, we found that CB1R immunoreactivity is present in the axonal fibers at the ends of V2; in the superficial (L1-3) and deep (L5-6) layers. CB1R expression was low to non-existence in layer 4. CB1R surrounds but does not co-localize with NeuN-, SMI-32-, and PV- positive cells. On the other hand, NAPE-PLD and FAAH enzymes were co-localized with SMI-32-positive pyramidal cells and PV-positive interneuron cells. These data, therefore, indicate that CB1R, NAPE-PLD and FAAH are present in V2 and their presence can modulate visual information coming from V1 and going to V4 and V5, and probably, influence visual perception.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Le système endocannabinoïde (eCB) est présent dans le système nerveux central (SNC) de mammifères, incluant la rétine, et est responsable de la régulation de nombreux processus physiologiques. Bien que la présence du récepteur cannabinoïde de type 1 (CB1R) a bien été documenté dans la rétine de rongeurs et primates, il y a encore une controverse quant à la présence du récepteur cannabinoïde de type 2 (CB2R) au niveau du SNC. En utilisant la microscopie confocale, nous sommes les premiers à signaler les patrons d’expression du CB2R dans la rétine de singe. Nos résultats démontrent que le CB2R est exprimé exclusivement dans les cellules de Müller de la rétine du singe. En outre, nous avons comparé les différents patrons d’expression du système eCB dans la rétine de la souris, du toupaye, ainsi que du singe vervet et macaque. Nous rapportons que les distributions de CB1R, FAAH (fatty acid amid hydrolase), MAGL (monoacylglycerol lipase) et DAGLα (diacylglycerol lipase alpha) sont hautement conservées parmi ces espèces alors que CB2R et NAPE-PLD (N-acyl phosphatidylethanolamine phospholipase D) présentent différents profils d'expression. CB2R n'a pas été détecté dans les cellules neuronales de la rétine des primates. L’immunoréactivité de NAPE-PLD est présente dans les couches de la rétine de souris et toupayes, mais a été limitée à la couche des photorécepteurs des singes vervet et macaque. Pour étudier les corrélats neuronaux et le rôle de la signalisation du système eCB dans la rétine, nous avons établi un protocole standard pour l'électrorétinographie (ERG), puis enregistré la réponse ERG de la rétine après le blocage des récepteurs avec des antagonistes spécifiques pour CB1R (AM251) et CB2R (AM630). Comparé au témoin, dans des conditions photopiques, et à certaines intensités faibles du stimulus, le blocage de CB1R diminue l'amplitude de l'onde-b, alors qu’à des intensités plus élevées, le blocage de CB2R augmente l'amplitude des deux-ondes a et b. De plus, le blocage des récepteurs cannabinoïdes provoque une augmentation de la latence des deux ondes a et b. Dans des conditions d’adaptation à l'obscurité, le blocage de CB1R et CB2R réduit l’amplitudes de l'onde a seulement à des intensités plus élevées et réduit l’onde b à intensités plus faibles. Des augmentations significatives de latence ont été observées dans les deux cas. Ces résultats indiquent que les récepteurs CB1 et CB2 chez les primates non humains sont impliqués dans la fonction rétinienne conditions photopiques. En outre, nous avons évalué le profil d'expression du CB1R, de FAAH et de NAPE-PLD au-delà de la rétine dans le corps géniculé latéral des singes et nous rapportons pour la première fois que CB1R et FAAH sont exprimés davantage dans les couches magnocellulaires. La NAPE-PLD a été localisée à travers les couches magno- et parvocellulaires. Aucune de ces composantes n’est exprimée dans les couches koniocellulaires. Ces résultats nous aident à mieux comprendre les effets des cannabinoïdes sur le système visuel qui pourraient nous mener à trouver éventuellement de nouvelles cibles thérapeutiques. / The endocannabinoid (eCB) system is present in the mammalian central nervous system, including the retina, and is responsible for the regulation of many physiological processes. Anatomical and functional data collected in the retina indicate that cannabinoid receptors are important mediators of retinal function. Although the presence of the cannabinoid receptor type 1 (CB1R) has been documented in the rodent and primate retina, there is still some controversy regarding the presence of the CB2 receptor (CB2R) within the central nervous system. By using confocal microscopy, we are the first to report the distribution patterns of CB2R in the monkey retina. Our results show that CB2R is expressed exclusively in the Müller cells of the primate retina. Furthermore, we compared the eCB system distribution patterns in the retinas of mice, tree shrews, and vervet and macaque monkeys. We report that CB1R, FAAH, MAGL, and DAGLα distributions are highly conserved among these 3 species whereas CB2R and NAPE-PLD exhibit different expression patterns. CB2R was not detected in the neuroretinal cells of primates. NAPE-PLD immunoreactivity was present in the retinal layers of mice and tree shrews but was restricted to the photoreceptor layer in both species of primates studied. To study the neural correlates and the role of eCB signaling in the retina, we first established a standard protocol for electroretinography (ERG) and then recorded the ERG response of the retina after blocking receptors with specific antagonists for CB1R (AM251) and CB2R (AM630). Compare to control, in photopic conditions, at certain low flash intensities, only the blockade of CB1R decreases the amplitude of the a-wave and b-wave, while at some high flash intensities, blockade of CB2R increase the amplitude of both a- and b-waves. Also the blockade of the cannabinoid receptors causes an increase in the latency of both a- and b-waves. In dark-adapted eyes, blockade of the CB1R and CB2R reduces the a-wave only amplitudes in the higher intensities and decrease the b-wave in lower intensities. Some significant increases in latency were observed in both cases. These results indicate that CB1 and CB2 receptors in primates are involved in retinal function under photopic and scotopic conditions. In addition, we assessed the expression pattern of eCB components CB1R, FAAH, and NAPE-PLD beyond the retina in the dorsal lateral geniculate nucleus (dLGN) of primates and report for the first time that while CB1R and FAAH are more abundantly expressed in the magnocellular layer, NAPE-PLD is distributed throughout both the magno- and parvocellular layers. None of these components are expressed in the koniocellular layer. These findings augment our understanding of the effects of cannabinoids on the visual system and may lead to novel therapeutics targeted to eCB signaling.

Le traçage rétrograde des voies corticales chez le singe a permis d’étudier deux sujets liés. En premier lieu, des injections dans 40 aires d'un atlas cortical de 91 aires ont permis de constituer une base de données cohérente sur la connectivité corticale à l’échelle de l’hémisphère. Les structures sous-corticales favorisant la communication corticale via la formation de boucles cortico-sous-cortico-corticales ont été examinées. Nous montrons que la force des projections du claustrum (considéré comme ayant une affiliation étroite avec le cortex) vers chaque aire explorée est exceptionnelle. De plus, un chevauchement des neurones marqués dans le claustrum a été observé suite à des paires d'injections dans des aires largement éloignées, y compris dépourvues de connexions cortico-corticales directes. A l’aide d’outils de la théorie des graphes, nous avons examiné la centralité des 40 aires et du claustrum dans le réseau cortical. En particulier, le claustrum est le meilleur exemple d’une aire pouvant prétendre au statut de « hub ». Ces résultats soulignent l'importance d'étudier les principes organisationnels du cortex via l'analyse de la topologie de son réseau. En second lieu, nous avons étudié le développement de la voie corticospinale par laquelle le cortex influence la planification, l'exécution et le contrôle de la motricité fine. Nous montrons que la topologie des projections corticospinales chez l’adulte émerge suite à un processus développemental de raffinement des projections ipsi- et controlatérale étendues. Ces résultats suggèrent que le développement de la connectivité corticale pourrait être régulé de manière dynamique et spécifique aux primates / The retrograde tracing experiments in macaque cortex in this thesis had two related objectives. Firstly, injections in 40 cortical areas (from a 91-area atlas) allowed the construction of a hemisphere-wide consistent database of cortical connectivity. We examined which subcortical structures promote cortical communication via the formation of cortico-subcortical-cortical loops. The claustrum, which we argue has a tight affiliation with the cortex, showed uniquely strong outputs to every cortical area. Widely separated injection pairs led to overlapping labelled neurons in the claustrum including those pairs lacking direct cortico-cortical connections. Using graph theoretic tools, we examined how central the 40 areas and claustrum are in the cortical network, specifically with respect to hub status. This showed that the claustrum is, beyond doubt, the prime hub of the cortex. These findings emphasise the importance of studying the organizational principles of the cortex via the analysis of its network topology. Secondly, we investigated the development of the corticospinal pathway, a route over which the cortex directly influences the planning, execution and control of fine voluntary movements. We show that the adult pattern of corticospinal projections emerges via a developmental process from a widespread ipsi- and contralateral distribution. These findings suggest that the developmental refinement of cortical connectivity might be dynamically regulated and primate specific