Ces travaux de recherche ont eu pour objectif d’évaluer les capacités de discrimination des réponses des neurones et leur robustesse dans le bruit à chaque étage du système auditif. Nous avons ainsi quantifié la capacité de discrimination neuronale entre quatre vocalisations cibles conspécifiques masquées par un bruit stationnaire depuis le noyau cochléaire jusqu’au cortex auditif secondaire chez le cobaye anesthésié. La discrimination des vocalisations cibles par les populations neuronales a été fortement diminuée par le bruit dans toutes les structures, mais les populations du colliculus inférieur et du thalamus ont montré de meilleures performances que les populations corticales. La comparaison avec les réponses neuronales obtenues avec les vocalisations vocodées (38, 20 ou 10 bandes de fréquences) a révélé que la réduction des capacités de discrimination neuronale était principalement due à l'atténuation des modulations d'amplitude lente (< 20 Hz). En outre, nous avons quantifié la robustesse des réponses neuronales grâce à une méthode de classification automatique réalisée sur l’ensemble des données obtenues en présence du bruit stationnaire et d’un autre bruit appelé chorus. Cela a mis en évidence cinq catégories de comportements neuronaux (des plus robustes aux plus sensibles) et leurs proportions respectives sur l’ensemble du système auditif ainsi qu’au sein de chaque structure auditive. Cette analyse a montré également qu’il existait des neurones robustes à tous les étages du système auditif, bien qu’une proportion plus importante soit retrouvée au niveau du colliculus inférieur et du thalamus. Par ailleurs, la proportion de neurones robustes est plus faible dans le bruit chorus ce qui laisse suggérer que ce dernier est plus pénalisant que le bruit stationnaire. Il est important de souligner qu’une proportion non négligeable de neurones sous-corticaux et corticaux changent de comportement d’un bruit à l’autre de sorte que le comportement de ces neurones dans un bruit particulier est peu prédictible. Ces résultats démontrent donc que la discrimination neuronale en situation de dégradation acoustique est principalement déterminée par l’altération des modulations lentes d'amplitude à la fois au niveau sous-cortical et cortical et suggèrent que les structures sous-corticales contribuent de façon importante à la perception robuste d’un signal cible dans le bruit. / This research aimed at evaluating the discrimination abilities of neuronal responses and their robustness to noise at each stage of the auditory system, from the cochlear nucleus to the secondary auditory cortex. We quantified the neuronal discrimination performance between four conspecific vocalizations masked by a stationary noise in anesthetized guinea pig. Discrimination of target vocalizations by neuronal populations was significantly reduced by noise in all structures, but collicular and thalamic populations displayed better performance than cortical populations. The comparison with neuronal responses obtained with vocoded vocalizations (using 38, 20 or 10 frequency bands) revealed that the reduction in discrimination performance was mainly due to the attenuation of slow amplitude modulations (<20 Hz). In addition, we quantified the robustness of neuronal responses using an automatic classification method performed on the whole database obtained in presence of stationary noise and of another noise called “chorus” noise. This highlighted five categories of neural behavior (from robustness to sensitivity) and their respective proportions across the auditory system as well as within each auditory structure. This analysis demonstrated that robust neurons do exist at all stages of the auditory system, although a higher proportion was found in the inferior colliculus and thalamus. Moreover, the proportion of robust neurons is lower in the chorus noise, which suggests that the latter is more penalizing than the stationary noise. It is worth to point out that a significant proportion of subcortical and cortical neurons changed category from one background noise to another, so that the behavior of these neurons in a particular noise was unpredictable. These results provide clear evidence that neuronal discrimination in degraded acoustic conditions is mainly determined by alterations of slow amplitude modulations both at the subcortical and cortical level, and suggest that the subcortical structures significantly contribute to the robust perception of a target signal in noise.

Le temps est une dimension universelle traitée par les systèmes sensoriels, qui est essentielle pour attribuer un sens à des stimuli comme la parole ou la musique pour l'audition. Cependant, les mécanismes requis pour le traitement temporel restent en grande part méconnus. Dans cette thèse, nous avons examiné un type de mécanisme faisant sans doute partie intégrante de tout traitement temporel : la formation de nouvelles traces mnésiques pour l’information temporelle. Nous avons étudié principalement la modalité auditive, mais aussi d'autres modalités sensorielles, comme le toucher, la vision, et la stimulation électrique directe du système auditif périphérique avec un implant cochléaire. Toutes les expériences ont utilisé un nouveau paradigme expérimental, adapté de précédentes études conçues pour étudier la mémoire auditive (Agus, Thorpe, & Pressnitzer, 2010). Au lieu d'utiliser du bruit comme stimulus, nous avons utilisé des séquences d’intervalles de temps irréguliers délimités par de brèves impulsions d'énergie, adaptées à la modalité étudiée. Dans une première série d'expériences, nous avons étudié la modalité auditive chez des auditeurs normo-entendants, en utilisant des trains de clics audio comme stimuli. Nous avons démontré, pour la première fois, un apprentissage rapide de sons contenant uniquement des informations temporelles. Dans une seconde série d'expériences, nous avons appliqué le même paradigme à trois modalités sensorielles (audition, toucher et vision), en utilisant des clics audio, des impulsions de mouvement au bout des doigts, et des flashs de lumière pour délimiter les intervalles de temps dans les différences modalités. Nous avons observé des formes qualitativement similaires d'apprentissage perceptif pour les trois modalités, avec un apprentissage rapide dans tous les cas, ainsi qu'un transfert d'apprentissage au toucher ou à la vision pour des séquences initialement apprises de façon auditive. Dans une troisième série d'expériences, nous avons testé des malentendants stimulés électriquement par leur implant cochléaire avec des séquences d'impulsions irrégulières. Nous avons trouvé des indications d’une plasticité préservée pour l'apprentissage rapide des informations temporelles chez ces auditeurs. Enfin, nous présentons des résultats préliminaires en utilisant une nouvelle technique susceptible de révéler certains des mécanismes neuronaux sous-jacents à l'apprentissage perceptuel rapide. Nous avons mesuré la dilatation pupillaire pendant que les auditeurs effectuaient la tâche de mémoire auditive et observé des changements systématiques de la taille de la pupille avec l'apprentissage. En conclusion, la thèse montre une capacité remarquable des systèmes perceptifs à apprendre des séquences temporelles complexes lorsqu'elles apparaissent plusieurs fois dans l'environnement, et suggère de nouvelles méthodes expérimentales pour étudier plus avant les mécanismes neuronaux sous-jacents. / Time is a universal feature of all information processed by sensory systems, and temporal patterning is often essential for attributing meaning to external stimuli such as speech or music in audition. However, many of the mechanisms needed for temporal processing are still unclear. In this thesis, we investigated one type of mechanism arguably integral to any kind of temporal processing: the formation of novel memories for temporal patterns. We studied mainly the auditory modality, but also other sensory modalities such touch, vision, and electric hearing with a cochlear implant. All experiments used a novel experimental paradigm, adapted from a previous study designed to explore auditory memory of random noise (Agus, Thorpe, & Pressnitzer, 2010). Instead of using noise as the complex stimulus to learn, we used irregular time patterns made of random time intervals delineated by modality-adapted brief energy pulses. In a first series of experiments, we investigated the auditory modality in normal hearing listeners, using click trains as stimuli. We demonstrated for the first time a rapid learning of stimuli containing solely temporal cues. In a second series of experiments, we applied the same paradigm to multiple sensory modalities (audition, touch, and vision), using audio clicks, motion pulses to the fingertips, and light to delineate time intervals. We found a qualitatively similar forms of perceptual learning for all three modalities, with rapid learning in all cases, as well as a transfer of learning to touch or vision for patterns learnt initially learnt in audition. In a third series of experiments, we tested hearing impaired listeners stimulated through their cochlear implant with sequences of electrical pulses. We found evidence for preserved plasticity for the rapid learning of time patterns in those listeners. Finally, we present preliminary data using a novel technique for studying the underlying neural mechanisms of rapid perceptual learning. We measured pupil dilation while listeners performed the memory task and observed systematic changes in pupil size with perceptual learning. In conclusion, the thesis shows a remarkable ability of perceptual systems to learn complex time patterns as they re-occur in the environment, and suggests new experimental methods to further study the underlying neural mechanisms.

Dans de nombreuses activités physiques et sportives, la performance dépend de l’efficacité des processus physiologiques et cognitifs sollicités dans l’action. Plus précisément, il semblerait que celle-ci soit fréquemment influencée par l’efficacité des processus décisionnels qui s’effectuent sous pression temporelle. A ce titre, ce travail de thèse s’intéresse à l’effet de l’administration de trois supplémentations nutritionnelles classiquement consommées par les athlètes (hydrates de carbone, caféine et guarana) sur le fonctionnement cognitif au cours d’un exercice. Nos résultats indiquent que l’ingestion isolée de ces trois composés améliore la vitesse du traitement de l’information lors d'une tâche décisionnelle dès la fin d’un exercice. Par ailleurs, l’utilisation de la caféine en rinçage de bouche semble aussi pertinente, puisque nos résultats suggèrent une amélioration probable de l’efficacité des processus relatifs à la gestion d’un conflit au cours de l’exercice. Enfin, une diminution de la perception de l’effort est aussi rapportée lors de l’ingestion de caféine et de guarana, ou de l’utilisation d’hydrates de carbone en rinçage de bouche. L’ensemble de ces résultats indique une potentialisation de l’effet de l’exercice sur la performance cognitive. Il suggère aussi que la mise en place de supplémentations nutritionnelles lors d’un exercice améliore l’efficacité de processus cognitifs qui s’avèrent être essentiels à la performance sportive. / In sport and exercise activities, successful performances strongly depend on the ability to simultaneously carry out cognitive and physical demands. More precisely, it would seem that performance is frequently influenced by the efficacy of decision-making realized under strong temporal pressure. The aim of this thesis work is to assess the effect of nutritional supplements that is carbohydrate, caffeine and guarana on cognitive functions during an acute exercise. Overall, our results suggest that ingestion of these three supplements enhance speed of information processing during a decision-making task at the end of exercise. Additionally, caffeine mouth rinsing seems worthwhile since a likely enhancement of inhibition processes has been reported after use during exercise. Finally, a decrease of perceived exertion has been reported with caffeine and guarana ingestion along with carbohydrate mouth rinsing. In conclusion, our results indicate the potentiation of exercise effects on cognitive function. Furthermore, they suggest nutritional supplements could enhance cognitive processes during exercise in what may be a predictive factor of performance enhancement.

Les individus ayant un trouble du spectre de l’autisme (TSA) ou une dyslexie développementale (DD) semblent avoir des difficultés de traitement temporel. Ces difficultés peuvent avoir un impact sur des processus de haut-niveau, comme la communication, les compétences sociales, la lecture et l’écriture. La présente méta-analyse a examiné deux tests de traitement temporel afin de remplir les objectifs suivants: 1) déterminer si les difficultés de traitement temporel sont un trait commun au TSA et à la DD, et ce pour le traitement multisensoriel et unisensoriel, pour différentes modalités et types de stimuli, 2) d’évaluer la relation entre la sévérité clinique et le traitement temporel, et 3) d’examiner l’effet de l’âge sur le traitement temporel. Les résultats ont montré un déficit de traitement temporel dans le TSA et la DD, caractérisé de déficits multisensoriels chez ces deux populations, et de déficits unisensoriels auditifs, tactiles et visuels pour la DD. De plus, notre analyse de la sévérité clinique indique qu’un meilleur traitement temporel en DD est associé à de meilleures compétences en lecture. Enfin, les déficits de traitement temporel ne varient pas avec l’âge des individus TSA et DD, ils sont donc présents tout au long du développement et de la vie adulte. En conclusion, les résultats de la méta-analyse montrent que les difficultés de traitement temporel font partie du cadre clinique du TSA et de la DD et permettent d’émettre des recommandations pour de futures recherches et interventions. / Individuals with autism spectrum disorder (ASD) or developmental dyslexia (DD) are commonly reported to have deficits in temporal processing. These deficits can impact higher-order processes, such as social communication, reading and writing. In this thesis, quantitative meta-analyses are used to examine two temporal processing tasks, with the following objectives: 1) determine whether temporal processing deficits are a consistent feature of ASD and DD across specific task contexts such as multisensory and unisensory processing, modality and stimulus type, 2) investigate the relationship between symptom severity and temporal processing, and 3) examine the effect of age on temporal processing deficits. The results provide strong evidence for impaired temporal processing in both ASD and DD, as measured by judgments of temporal order and simultaneity. Multisensory temporal processing was impaired for both ASD and DD, and unisensory auditory, tactile and visual processing was impaired in DD. Greater reading and spelling skills in DD were associated with greater temporal precision. Temporal deficits did not show changes with age in either disorder. In addition to more clearly defining temporal impairments in ASD and DD, the results highlight common and distinct patterns of temporal processing between these disorders. Deficits are discussed in relation to existing theoretical models, and recommendations are made for future research and interventions.