Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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.