Doctor of Philosophy / Department of Psychological Sciences / Lester C. Loschky / Visual resolution (i.e., blur or clarity) is a natural aspect of vision. It has been used by film makers to direct their audience’s attention by focusing the depth of field such that the critical region in a scene is uniquely clear and the surrounding is blurred. Resolution contrast can focus attention towards unique clarity, as supported by previous eye tracking and visual search research (Enns & MacDonald, 2013; Kosara, Miksch, Hauser, Schrammel, Giller, & Tscheligi, 2002; & McConkie, 2002; Peterson, 2016; Smith & Tadmor, 2012). However, little is known about how unique blur is involved in guiding attention (e.g., capture, repel, or be ignored). Peterson (2016) provided reaction time (RT) evidence that blur is ignored by selective attention when resolution is not task-relevant. Perhaps visual resolution is a search asymmetry where unique clarity can be used to guide selective attention during search, but unique blur cannot guide attention. Yet, perhaps the RT evidence was not sensitive enough with Peterson’s (2016) methodology to observe unique blur capturing or repelling attention. Eye movements (e.g., letter first fixated) may be more sensitive than RT as it measures blur and clarity’s influence on guiding attention earlier in a trial. The current study conducted three experiments that investigated: a) how visual resolution guides attention when it is task-irrelevant (Exp. 1), b) whether visual resolution is a search asymmetry, by manipulating resolution’s task-relevance (Use Blur, Use Clarity, Do Not Use Unique Blur or Clarity, & No Instructions) (Exp. 2), and c) whether blur and/or clarity are processed preattentively or require attention (Exp. 3). Experiments 1 and 2 manipulated blur and clarity (Exp. 1 Resolution = Task-irrelevant & Exp. 2 Resolution = Task-relevant), during a rotated L and T visual search measuring RT and eye movements. Experiment 1 found with the more sensitive eye movement measures that unique clarity strongly captured attention while unique blur weakly repelled attention towards nearby clarity (or clarity, especially that close to blur, captured attention). Experiment 2 found evidence that visual resolution is not a search asymmetry because the influence of resolution on selective attention was contingent upon its task-relevance, which theoretically supports the presence of a reconfigurable resolution feature detector. Experiment 3 used a feature search for either blur or clarity (i.e., resolution was task-relevant) and compared RT x Set Size search slopes. Both blurred and clear target present RT x Set Size search slopes were ~ 1 msec/item. The results strongly supported that blur and clarity are both processed preattentively, and provided additional evidence that resolution is not a search asymmetry. Overall, the current studies shed light on how visual resolution is processed and guides selective attention. The results revealed that visual resolution is processed preattentively and has a dynamic relationship with selective attention. Predicting how resolution will guide attention requires knowledge of whether resolution is task relevant or irrelevant. By increasing our understanding of how resolution contrast guides attention, we can potentially apply this knowledge to direct viewers’ attention more efficient using computer screens and heads-up displays.

Le but de cette étude était d'évaluer le rôle des boucles des ganglions de la base et des voies dopaminergiques sur les mécanismes « bottom-up » et « « top-down » du contrôle de l'attention visuelle (AV). Nous avons comparé les performances sur 3 tâches informatisés, appropriées à l'étude de la capture attentionnelle (CA), des mécanismes de sélection de la réponse motrice et d'initiation du mouvement, de deux groupes de patients avec maladie de Parkinson (MP) - un groupe étant évalué dans trois différentes conditions de stimulation électrique (sans stimulation, ou stimulation sélective de la partie sensorimotrice, SM, ou de la partie associative, AS, du noyau subthalamique, NST), l'autre groupe étant évalué dans deux différentes conditions de traitement médical (avec ou sans levodopa) - avec celles d'un groupe des sujets contrôles. Nos résultats suggèrent dans la MP un affaiblissement des mécanismes « top-down » de contrôle de l'AV, ce qui pourrait aussi expliquer indirectement l'augmentation de la CA. Le traitement dopaminergique est efficace dans le rétablissement des mécanismes « top-down » de l'AV, suggérant une implication des voies dopaminergiques dans ce domaine cognitif. Ces voies semblent aussi jouer un rôle dans les mécanismes « bottom-up » de l'attention, comme l'a suggéré le renforcement de la CA sous traitement dopaminergique. La stimulation du NST a montré un effet similaire à celui obtenu par un traitement dopaminergique, en favour d'une implication directe des boucles des ganglions de la base dans le contrôle de l'AV. Nos résultats ont mis en évidence une spécialisation fonctionnelle de différents sous-territoires du NST en ce qui concerne les mécanismes de « top-down ». La stimulation SM produit des effets marqués sur les processus d'initiation de mouvement et des effets positifs sur les mécanismes endogènes de l'AV, alors que la stimulation de la partie AS semble être plus particulièrement efficace dans l'amélioration des mécanismes de sélection de cible. / We aimed to investigate the possible role of cortico-basal ganglia loops and dopaminergic pathways in the mechanisms of top-down and bottom-up control of visual attention (VA). We compared the performances on 3 computerized tasks, respectively suitable to study attentional capture (AC), motor response selection and movement initiation, of two groups of patients with Parkinson's disease (PD), one evaluated in different sets of electrical stimulation (without stimulation, or selective stimulation of the sensorimotor, SM, or associative, AS, parts of the subthalamic nucleus, STN), the other in different conditions of medication (with or without levodopa), with those of a group of controls. Our results showed that in PD there is a weakening of the mechanisms underlying the top-down control of VA, which also would account indirectly account for the enhancement of AC. Dopaminergic treatment proved to be effective in restoring the top-down mechanisms of VA, suggesting an involvement of dopaminergic pathways in this cognitive domain. These pathways seem to play a role also in the bottom-up mechanisms of attention, as suggested by the enhancement of AC under dopaminergic treatment. The STN-stimulation showed a similar effect to that obtained by dopaminergic treatment, establishing a direct involvement of the basal ganglia loops in VA control. Our results highlighted a functional specialization of different sub-territories of the STN in relation to the top-down mechanisms. SM stimulation produced marked effects on the movement initiation processes and appreciable positive effects on endogenous VA mechanisms, while AS stimulation seems to be especially effective in improving the mechanisms of target selection.

Attention is one of the most impaired cognitive functions in schizophrenia; however, the precise mechanisms underlying schizophrenia-related attention impairment are unclear. Progress in identifying these mechanisms has been hampered by using methods that are not designed to isolate specific cognitive processes. The purpose of the present dissertation was to investigate visual attention among patients with schizophrenia using the visual search paradigm — the dominant paradigm for studying attention in the cognitive sciences. Moreover, the current study used eye-tracking methodology to more finely examine the mechanisms underlying impaired visual search in this clinical population. This dissertation had three main objectives: (1) to investigate whether patients with schizophrenia have smaller and/or less dynamic visual spans, (2) to examine whether certain mechanisms guiding the visual selection of objects are impaired in schizophrenia, and (3) to determine the contribution of visual search performance to substitution test performance. Results indicated that patients’ visual spans are both smaller and less dynamic compared to healthy controls. On the other hand, selectivity for more informative distractors is intact in schizophrenia; however, impaired motion perception results in impaired target discrimination in the context of intact target selection. Results also indicated that visual search performance is a primary determinant of substitution test performance. Collectively, these data demonstrate, on one hand, an impairment among patients with schizophrenia in the distribution and flexible modulation of visual attention and, on the other hand, intact visual selective attention in the presence of strong bottom-up cues. The current data also demonstrate the important contribution of visual attention to a highly sensitive neuropsychological test and, by inference, to patients’ cognitive and real-world functioning.

Attention is one of the most impaired cognitive functions in schizophrenia; however, the precise mechanisms underlying schizophrenia-related attention impairment are unclear. Progress in identifying these mechanisms has been hampered by using methods that are not designed to isolate specific cognitive processes. The purpose of the present dissertation was to investigate visual attention among patients with schizophrenia using the visual search paradigm — the dominant paradigm for studying attention in the cognitive sciences. Moreover, the current study used eye-tracking methodology to more finely examine the mechanisms underlying impaired visual search in this clinical population. This dissertation had three main objectives: (1) to investigate whether patients with schizophrenia have smaller and/or less dynamic visual spans, (2) to examine whether certain mechanisms guiding the visual selection of objects are impaired in schizophrenia, and (3) to determine the contribution of visual search performance to substitution test performance. Results indicated that patients’ visual spans are both smaller and less dynamic compared to healthy controls. On the other hand, selectivity for more informative distractors is intact in schizophrenia; however, impaired motion perception results in impaired target discrimination in the context of intact target selection. Results also indicated that visual search performance is a primary determinant of substitution test performance. Collectively, these data demonstrate, on one hand, an impairment among patients with schizophrenia in the distribution and flexible modulation of visual attention and, on the other hand, intact visual selective attention in the presence of strong bottom-up cues. The current data also demonstrate the important contribution of visual attention to a highly sensitive neuropsychological test and, by inference, to patients’ cognitive and real-world functioning.

L’attention est sollicitée quotidiennement et peut être définie comme l’action de se concentrer sur quelque chose. Dès le plus jeune âge nous développons cette fonction cognitive, indispensable pour nos interactions avec le monde.Dans ce travail, la compréhension du fonctionnement des processus attentionnels est abordée à travers deux questions : comment les processus attentionnels se développent chez l’enfant sain et comment sont-ils atteints chez les enfants traités pour une tumeur du cervelet ? Plus précisément, cette thèse a pour objectif l’étude de la dissociation entre des processus automatiques et contrôlés de l’attention sélective visuelle dans le développement cognitif normal d’une part, et d’autre part dans leur atteinte chez des enfants ayant été traités pour une tumeur du cervelet. En intégrant une approche comportementale et une approche en imagerie fonctionnelle afin de répondre de façon complémentaire à cet objectif, ce travail interdisciplinaire se situe au carrefour de la psychologie, de la neuropsychologie et des neurosciences cognitives.Ce manuscrit comporte deux parties. Dans l’introduction théorique, une revue de la littérature se décomposant en trois chapitres est proposée ; elle porte précisément sur le fonctionnement de l’attention, son développement et ses déficits chez des enfants traités pour une tumeur du cervelet. Dans la partie expérimentale, deux chapitres sont présentées. Le premier chapitre concerne une étude sur la maturation de l’attention chez des enfants de 7 ans à l’âge adulte à travers une approche comportementale et en imagerie fonctionnelle. Le second chapitre étudie à l’aide de cette double approche les déficits attentionnels chez les enfants ayant été traités pour une tumeur du cervelet. Les résultats de nos expériences ont montré qu’entre les processus attentionnels automatiques et contrôlés, il existait une dissociation d’une part dans leur développement à un niveau comportemental et fonctionnel, et d’autre part dans la compensation des réseaux cérébraux sous-tendant une préservation comportementale chez des enfants traités pour une tumeur du cervelet. Ces données suggèrent un fonctionnement distinct de ces processus de par leur développement normal et leur dysfonctionnement en pathologie. / Attention can be defined as the act of focusing on something. We develop this cognitive function necessary to adjust our interactions with the world since birth.The general goal of this research is to understand the functioning of attentional processes through two questions: how attentional processes are developed in healthy children and how they are altered in children treated for a cerebellar tumor. This thesis specifically aims to study the dissociation between automatic and controlled processes of visual selective attention, firstly in normal cognitive development and secondly in their impairment in children treated for a cerebellar tumor. By incorporating in parallel a behavioral approach and an approach in functional imaging, this interdisciplinary work is at the crossroads of cognitive psychology, cognitive neuropsychology and cognitive neurosciences.This manuscript has two parts. The theory part is composed of three chapters: the functioning, the normal development and the deficits of attention in children treated for a cerebellar tumor. The experimental part includes two chapters. The first one concerns the attentional development in participants from seven years old to an adult age, with a behavioral approach using two experimental paradigms and an approach in functional imaging. The second chapter, with the help of this double approach, presents an alteration of attention in children treated for a posterior fossa tumor. The results showed on one side that automatic and controlled attentional processes were dissociated in their development at a behavioral and a functional level. And on the other side, the results revealed that although the automatic and controlled attentional processes are behaviorally preserved in children treated for a cerebellar tumor, they were subtended by a different modification of the functional network. Taken together these data suggest a distinct functioning of these processes in their normal development and their impairment in disease.

Réalisée en cotutelle avec l'Unité de Formation à la Recherche Lettres Arts et Sciences Humaines - Université Nice-Sophia Antipolis. / La survenue de modifications cérébrales issues du vieillissement normal ou provoquées par la maladie d’Alzheimer entraîne un certain bouleversement de l’attention visuelle sélective, soit la capacité à centrer volontairement les mécanismes de perception sur un stimulus particulier en négligeant les stimuli non pertinents. A ces modifications viennent s’ajouter des phénomènes de réorganisations cérébrales qui peuvent s’illustrer sur l’axe inter-hémisphérique par une réduction de la latéralisation cérébrale dans le vieillissement normal et sur l’axe intra-hémisphérique par un accroissement de l’engagement des régions frontales et préfrontales dans le vieillissement normal et la maladie d’Alzheimer. Toutefois, les mécanismes sur lesquels reposent ces phénomènes de réorganisations cérébrales dans le vieillissement normal et la maladie d’Alzheimer dans le contexte de l’attention visuelle restent peu compris. Ce travail de thèse s’intéresse à la nature de la réorganisation cérébrale dans le vieillissement normal (inter-hémisphérique vs. intra-hémisphérique) en condition d’attention visuelle sélective et s’inscrit dans le modèle de la réserve cognitive afin de préciser la nature des mécanismes sous-jacents de la réorganisation cérébrale (réserve neurale vs. compensation neurale). Concernant la maladie d’Alzheimer, ce travail met l’emphase sur la dynamique inter-hémisphérique et son principal substrat anatomique, le corps calleux, afin d’étudier l’efficience des mécanismes inter-hémisphériques. Dans l’ensemble de cette thèse, le substrat (fonctionnel et anatomique) de la réorganisation cérébrale est étudié en manipulant la complexité, ce qui permet d’identifier le mode d’adaptation face à l’accroissement de la demande cognitive soit, les mécanismes qui permettent de faire face au vieillissement normal et aux troubles de la cognition mais aussi d’étudier l’efficience de ces mécanismes. Le premier chapitre présente l’attention sélective, ses modifications neuro-fonctionnelles et les divers phénomènes de réorganisations cérébrales connus au cours du vieillissement normal et dans la maladie d’Alzheimer. Le cadre théorique dans lequel s’inscrit cette thèse, celui de la réserve cognitive, et la problématique du travail de recherche sont également décrits en fin de chapitre. La recherche effectuée est ensuite rapportée sous forme de 5 chapitres distincts. Enfin, les concepts théoriques évoqués par la revue de la littérature et les résultats des expérimentations font l’objet d’une discussion générale. Le deuxième chapitre de cette thèse (Article 1), visant à effectuer une revue de la littérature concernant les aspects inter-hémisphériques, permet de préciser, pour la première fois dans le domaine, le rôle du couplage inter-hémisphérique des ressources cérébrales dans la réorganisation au cours du vieillissement normal, mais aussi de considérer l’effet du découplage dans la maladie d’Alzheimer. Le troisième chapitre (Article 2) explore les mécanismes de réorganisation cérébrale dans le vieillissement normal face à l’accroissement de la charge attentionnelle au niveau perceptif de l’attention sélective (i.e., appariement perceptuel, A-A). Les résultats montrent un patron de réorganisation intra-hémisphérique chez les âgés, sous-tendu en situation de faible charge attentionnelle (i.e., 3 lettres) par la compensation neurale mais qui se voit associée à l’implication concomitante de la réserve neurale en situation de charge attentionnelle élevée (i.e., 5 lettres). Ce travail montre, par conséquent, une certaine flexibilité dans le déploiement de ces mécanismes qui apparaît modulé par la demande cognitive de la tâche. Le quatrième chapitre (Article 3) examine ces mêmes mécanismes de réorganisation dans le vieillissement normal, dans le même contexte attentionnel en ayant recours à un niveau de charge attentionnelle faible (i.e., 3 lettres) et à un niveau de charge attentionnelle élevé (i.e., 5 lettres), mais à un niveau plus complexe de l’attention sélective du fait qu’il implique une opération d’appariement basée sur le nom de la lettre (i.e., appariement nominatif, a-A). Les résultats montrent une amplification du renversement postéro-antérieur avec l’âge sur l’axe intra-hémisphérique face à l’accroissement de la charge attentionnelle (i.e., 5 lettres), suggérant ainsi que ce renversement est exclusivement lié à l’âge et qu’il repose principalement sur le mécanisme de compensation neurale. Le cinquième chapitre (Article 4) présente deux études dans lesquelles la présentation d’une tâche d’appariement de lettres en champ visuel divisé et l’IRM morphologique du corps calleux ont été couplées. L’objectif de cette étude était d’examiner la relation entre les variations de volume du corps calleux et la dynamique inter-hémisphérique chez des participants âgés atteints de la Maladie d’Alzheimer, de troubles cognitifs légers ou qui connaissent un vieillissement normal. La première étude se situait au niveau perceptuel et concernait 3 groupes de participants (Maladie d’Alzheimer vs trouble cognitif léger vs vieillissement normal). La deuxième étude concernait les participants atteints de trouble cognitif léger et des participants âgés contrôles sains et comportait deux tâches avec deux conditions de complexité chacune, une tâche dans laquelle la complexité varie selon le type de jugement - appariement perceptuel (e.g., A-A) vs. nominatif (e.g., a-A) - et une dans laquelle la complexité varie selon la charge attentionnelle (i.e., 3 lettres vs. 5 lettres). Les mesures IRM correspondent au volume total du corps calleux et à cinq volumes régionaux : C1-Rostrum, Genou et partie antérieure du tronc, C2-partie médiane, C3-partie caudale, C4-Isthme et C5-Splenium. Ces deux études montrent que le volume du corps calleux semble affecter la mise en jeu de l’effet facilitateur du traitement inter-hémisphérique selon l’état cognitif des participants et la nature de la demande cognitive mise en jeu. Cet impact modulateur semble partiellement déterminé dans la maladie d’Alzheimer par les portions plus antérieures du corps calleux (C2) et, via l’ensemble du corps calleux dans le vieillissement normal (C2, C3, C4). En revanche cette modulation semble déficitaire chez les participants atteints de trouble cognitif léger et reliée à une atrophie du corps calleux chez les participants atteints de trouble cognitif léger. Enfin, le chapitre 6 constitue la discussion générale de la thèse. L’ensemble des résultats est résumé et discuté en rapport aux différents modèles de la réorganisation cérébrale, de la réserve cognitive et de la dynamique hémisphérique. / Normal aging and disrupt selective visual attention – the ability to focus perceptual mechanisms on target stimuli by neglecting irrelevant stimuli. These modifications are accompanied by brain reorganization on both interhemispheric (hemispheric asymmetry reduction) and intrahemispheric (posterior-anterior shift) dimensions. However, the mechanisms underlying this brain reorganization in the context of visual attention in normal aging and Alzheimer’s disease remain largely unknown. The goal of this dissertation is to better understand the nature of brain reorganization for visual selective attention, as well as the functional neural changes and the anatomical modification in normal aging and in cognitive impairment in nthe ederly. In normal aging, this research focuses on the nature of the brain reorganization (interhemispheric vs. intrahemispheric) in the context of visual selective attention and based on the cognitive reserve model to differentiate the underlying mechanisms (neural reserve vs. neural compensation). It also focuses on Alzheimer’s disease in the context of interhemispheric dynamics and its main anatomical substrate, the corpus callosum. Throughout this dissertation, the substrate (functional and anatomical) of brain reorganization is examined by manipulating the cognitive demand associated with the tasks to better understand the mechanisms applied to cope with normal aging and cognitive impairment. The first chapter introduces the concepts of selective attention, neurofunctional changes in normal aging and cognitive impairment, and the cognitive reserve model before introducing the present research topic. The second chapter (Article 1) reviews the contribution of hemispheric coupling to the preservation of cognitive abilities with age and its uncoupling in Alzheimer’s disease. In this review, the variable contribution of the adaptive callosal mechanism is discussed with reference to successful aging and Alzheimer’s disease. The third (Article 2) and fourth chapters (Article 3) report studies conducted with functional magnetic resonance imaging (fMRI). The purpose of these studies was to investigate to what extent and how the neural reserve and neural compensation mechanisms contribute to coping with normal aging in two contexts of visual selective attention: simple perceptual processing and more complex naming processing. In both studies, the complexity of processes was also manipulated by varying the attentional load related to the number of stimuli to be processed (low: 3 letters vs. high: 5 letters). The results for the perceptual matching study, reported in the third chapter, support the neural compensation hypothesis of cognitive reserve, as the activations regions underlying task performance differed in the younger and older groups. The older group recruited bilateral frontal superior gyri more than the younger one, as in the PASA (posterior-anterior shift in aging) phenomenon, from the lowest attentional load level. In addition, the elderly were found to use compensation and neural reserve concurrently to cope with increasing attentional load for perceptual processing. The results for the naming matching study, reported in the fourth chapter, indicate a load-dependant PASA, supporting the hypothesis that an enhancement of compensatory mechanism is required for the most complex processing. The fifth chapter (Article 4) presents studies investigating the interhemispheric dynamic, using variants of the letter matching paradigm, where cognitive demand is parametrically varied, along with 3D callosal total and regional volume measured, in individuals with Alzheimer disease and amnestic-mild cognitive impairment as well as age-matched healthy individuals. The results show that the relationship between the corpus callosum volume and the across-field advantage emerges for the lowest cognitive demand level in participants with Alzheimer disease but exclusively at high cognitive demand levels in normal aging; this suggests the existence of an interhemispheric compensation mechanism in Alzheimer disease based on the integrity of the corpus callosum and similar processes to those that allow the normal aging brain to cope with cognitive demand. These mechanisms are deficient in amnestic-mild cognitive impairment individuals in the high attentional load condition, due to callosal atrophy. In chapter six the nature of mechanisms to cope with aging and cognitive impairment is discussed, addressing the two main dimensions of brain reorganization: intrahemispheric and interhemispheric. In normal aging, cerebral reorganization of visual selective attention implies an intrahemispheric PASA phenomenon based on neural compensation. To cope with increased cognitive demand, neural reserve can also be recruited in basic perceptual processing, while the recruitment of compensation mechanisms increases in more complex processing of visual selective attention. Our study suggests that compensation and reserve are flexible, adaptive and deployed according to the cognitive demand and the type of processing required. In cognitive impairment, our study suggests the existence of an interhemispheric compensation mechanism in Alzheimer’s disease based on integrity of the corpus callosum and similar processes to those that allow the normal aging brain to cope with cognitive demand. This study provides evidence that interhemispheric interactions, supported by the corpus callosum, constitute a flexible mechanism that can improve the brain’s ability to handle processing demands and thus may compensate for the neural decline in Alzheimer’s disease in low cognitive demand situations.

La survenue de modifications cérébrales issues du vieillissement normal ou provoquées par la maladie d’Alzheimer entraîne un certain bouleversement de l’attention visuelle sélective, soit la capacité à centrer volontairement les mécanismes de perception sur un stimulus particulier en négligeant les stimuli non pertinents. A ces modifications viennent s’ajouter des phénomènes de réorganisations cérébrales qui peuvent s’illustrer sur l’axe inter-hémisphérique par une réduction de la latéralisation cérébrale dans le vieillissement normal et sur l’axe intra-hémisphérique par un accroissement de l’engagement des régions frontales et préfrontales dans le vieillissement normal et la maladie d’Alzheimer. Toutefois, les mécanismes sur lesquels reposent ces phénomènes de réorganisations cérébrales dans le vieillissement normal et la maladie d’Alzheimer dans le contexte de l’attention visuelle restent peu compris. Ce travail de thèse s’intéresse à la nature de la réorganisation cérébrale dans le vieillissement normal (inter-hémisphérique vs. intra-hémisphérique) en condition d’attention visuelle sélective et s’inscrit dans le modèle de la réserve cognitive afin de préciser la nature des mécanismes sous-jacents de la réorganisation cérébrale (réserve neurale vs. compensation neurale). Concernant la maladie d’Alzheimer, ce travail met l’emphase sur la dynamique inter-hémisphérique et son principal substrat anatomique, le corps calleux, afin d’étudier l’efficience des mécanismes inter-hémisphériques. Dans l’ensemble de cette thèse, le substrat (fonctionnel et anatomique) de la réorganisation cérébrale est étudié en manipulant la complexité, ce qui permet d’identifier le mode d’adaptation face à l’accroissement de la demande cognitive soit, les mécanismes qui permettent de faire face au vieillissement normal et aux troubles de la cognition mais aussi d’étudier l’efficience de ces mécanismes. Le premier chapitre présente l’attention sélective, ses modifications neuro-fonctionnelles et les divers phénomènes de réorganisations cérébrales connus au cours du vieillissement normal et dans la maladie d’Alzheimer. Le cadre théorique dans lequel s’inscrit cette thèse, celui de la réserve cognitive, et la problématique du travail de recherche sont également décrits en fin de chapitre. La recherche effectuée est ensuite rapportée sous forme de 5 chapitres distincts. Enfin, les concepts théoriques évoqués par la revue de la littérature et les résultats des expérimentations font l’objet d’une discussion générale. Le deuxième chapitre de cette thèse (Article 1), visant à effectuer une revue de la littérature concernant les aspects inter-hémisphériques, permet de préciser, pour la première fois dans le domaine, le rôle du couplage inter-hémisphérique des ressources cérébrales dans la réorganisation au cours du vieillissement normal, mais aussi de considérer l’effet du découplage dans la maladie d’Alzheimer. Le troisième chapitre (Article 2) explore les mécanismes de réorganisation cérébrale dans le vieillissement normal face à l’accroissement de la charge attentionnelle au niveau perceptif de l’attention sélective (i.e., appariement perceptuel, A-A). Les résultats montrent un patron de réorganisation intra-hémisphérique chez les âgés, sous-tendu en situation de faible charge attentionnelle (i.e., 3 lettres) par la compensation neurale mais qui se voit associée à l’implication concomitante de la réserve neurale en situation de charge attentionnelle élevée (i.e., 5 lettres). Ce travail montre, par conséquent, une certaine flexibilité dans le déploiement de ces mécanismes qui apparaît modulé par la demande cognitive de la tâche. Le quatrième chapitre (Article 3) examine ces mêmes mécanismes de réorganisation dans le vieillissement normal, dans le même contexte attentionnel en ayant recours à un niveau de charge attentionnelle faible (i.e., 3 lettres) et à un niveau de charge attentionnelle élevé (i.e., 5 lettres), mais à un niveau plus complexe de l’attention sélective du fait qu’il implique une opération d’appariement basée sur le nom de la lettre (i.e., appariement nominatif, a-A). Les résultats montrent une amplification du renversement postéro-antérieur avec l’âge sur l’axe intra-hémisphérique face à l’accroissement de la charge attentionnelle (i.e., 5 lettres), suggérant ainsi que ce renversement est exclusivement lié à l’âge et qu’il repose principalement sur le mécanisme de compensation neurale. Le cinquième chapitre (Article 4) présente deux études dans lesquelles la présentation d’une tâche d’appariement de lettres en champ visuel divisé et l’IRM morphologique du corps calleux ont été couplées. L’objectif de cette étude était d’examiner la relation entre les variations de volume du corps calleux et la dynamique inter-hémisphérique chez des participants âgés atteints de la Maladie d’Alzheimer, de troubles cognitifs légers ou qui connaissent un vieillissement normal. La première étude se situait au niveau perceptuel et concernait 3 groupes de participants (Maladie d’Alzheimer vs trouble cognitif léger vs vieillissement normal). La deuxième étude concernait les participants atteints de trouble cognitif léger et des participants âgés contrôles sains et comportait deux tâches avec deux conditions de complexité chacune, une tâche dans laquelle la complexité varie selon le type de jugement - appariement perceptuel (e.g., A-A) vs. nominatif (e.g., a-A) - et une dans laquelle la complexité varie selon la charge attentionnelle (i.e., 3 lettres vs. 5 lettres). Les mesures IRM correspondent au volume total du corps calleux et à cinq volumes régionaux : C1-Rostrum, Genou et partie antérieure du tronc, C2-partie médiane, C3-partie caudale, C4-Isthme et C5-Splenium. Ces deux études montrent que le volume du corps calleux semble affecter la mise en jeu de l’effet facilitateur du traitement inter-hémisphérique selon l’état cognitif des participants et la nature de la demande cognitive mise en jeu. Cet impact modulateur semble partiellement déterminé dans la maladie d’Alzheimer par les portions plus antérieures du corps calleux (C2) et, via l’ensemble du corps calleux dans le vieillissement normal (C2, C3, C4). En revanche cette modulation semble déficitaire chez les participants atteints de trouble cognitif léger et reliée à une atrophie du corps calleux chez les participants atteints de trouble cognitif léger. Enfin, le chapitre 6 constitue la discussion générale de la thèse. L’ensemble des résultats est résumé et discuté en rapport aux différents modèles de la réorganisation cérébrale, de la réserve cognitive et de la dynamique hémisphérique. / Normal aging and disrupt selective visual attention – the ability to focus perceptual mechanisms on target stimuli by neglecting irrelevant stimuli. These modifications are accompanied by brain reorganization on both interhemispheric (hemispheric asymmetry reduction) and intrahemispheric (posterior-anterior shift) dimensions. However, the mechanisms underlying this brain reorganization in the context of visual attention in normal aging and Alzheimer’s disease remain largely unknown. The goal of this dissertation is to better understand the nature of brain reorganization for visual selective attention, as well as the functional neural changes and the anatomical modification in normal aging and in cognitive impairment in nthe ederly. In normal aging, this research focuses on the nature of the brain reorganization (interhemispheric vs. intrahemispheric) in the context of visual selective attention and based on the cognitive reserve model to differentiate the underlying mechanisms (neural reserve vs. neural compensation). It also focuses on Alzheimer’s disease in the context of interhemispheric dynamics and its main anatomical substrate, the corpus callosum. Throughout this dissertation, the substrate (functional and anatomical) of brain reorganization is examined by manipulating the cognitive demand associated with the tasks to better understand the mechanisms applied to cope with normal aging and cognitive impairment. The first chapter introduces the concepts of selective attention, neurofunctional changes in normal aging and cognitive impairment, and the cognitive reserve model before introducing the present research topic. The second chapter (Article 1) reviews the contribution of hemispheric coupling to the preservation of cognitive abilities with age and its uncoupling in Alzheimer’s disease. In this review, the variable contribution of the adaptive callosal mechanism is discussed with reference to successful aging and Alzheimer’s disease. The third (Article 2) and fourth chapters (Article 3) report studies conducted with functional magnetic resonance imaging (fMRI). The purpose of these studies was to investigate to what extent and how the neural reserve and neural compensation mechanisms contribute to coping with normal aging in two contexts of visual selective attention: simple perceptual processing and more complex naming processing. In both studies, the complexity of processes was also manipulated by varying the attentional load related to the number of stimuli to be processed (low: 3 letters vs. high: 5 letters). The results for the perceptual matching study, reported in the third chapter, support the neural compensation hypothesis of cognitive reserve, as the activations regions underlying task performance differed in the younger and older groups. The older group recruited bilateral frontal superior gyri more than the younger one, as in the PASA (posterior-anterior shift in aging) phenomenon, from the lowest attentional load level. In addition, the elderly were found to use compensation and neural reserve concurrently to cope with increasing attentional load for perceptual processing. The results for the naming matching study, reported in the fourth chapter, indicate a load-dependant PASA, supporting the hypothesis that an enhancement of compensatory mechanism is required for the most complex processing. The fifth chapter (Article 4) presents studies investigating the interhemispheric dynamic, using variants of the letter matching paradigm, where cognitive demand is parametrically varied, along with 3D callosal total and regional volume measured, in individuals with Alzheimer disease and amnestic-mild cognitive impairment as well as age-matched healthy individuals. The results show that the relationship between the corpus callosum volume and the across-field advantage emerges for the lowest cognitive demand level in participants with Alzheimer disease but exclusively at high cognitive demand levels in normal aging; this suggests the existence of an interhemispheric compensation mechanism in Alzheimer disease based on the integrity of the corpus callosum and similar processes to those that allow the normal aging brain to cope with cognitive demand. These mechanisms are deficient in amnestic-mild cognitive impairment individuals in the high attentional load condition, due to callosal atrophy. In chapter six the nature of mechanisms to cope with aging and cognitive impairment is discussed, addressing the two main dimensions of brain reorganization: intrahemispheric and interhemispheric. In normal aging, cerebral reorganization of visual selective attention implies an intrahemispheric PASA phenomenon based on neural compensation. To cope with increased cognitive demand, neural reserve can also be recruited in basic perceptual processing, while the recruitment of compensation mechanisms increases in more complex processing of visual selective attention. Our study suggests that compensation and reserve are flexible, adaptive and deployed according to the cognitive demand and the type of processing required. In cognitive impairment, our study suggests the existence of an interhemispheric compensation mechanism in Alzheimer’s disease based on integrity of the corpus callosum and similar processes to those that allow the normal aging brain to cope with cognitive demand. This study provides evidence that interhemispheric interactions, supported by the corpus callosum, constitute a flexible mechanism that can improve the brain’s ability to handle processing demands and thus may compensate for the neural decline in Alzheimer’s disease in low cognitive demand situations. / Réalisée en cotutelle avec l'Unité de Formation à la Recherche Lettres Arts et Sciences Humaines - Université Nice-Sophia Antipolis.