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

Tandis que de nombreuses informations sont disponibles dans notre environnement à chaque instant, toutes ne donnent pas lieu à une perception consciente. Il est alors légitime de se demander quels mécanismes entrent en jeu dans le phénomène de perception. Sur la base de quels processus une stimulation sensorielle sera-t-elle perçue de façon consciente ? Que deviennent les stimulations qui ne sont pas perçues consciemment ? Ce présent travail de thèse vise à apporter des éléments de réponse à ces deux questions dans la modalité auditive. À travers plusieurs études utilisant des approches comportementales mais aussi électroencéphalographiques, nous suggérons que les connaissances pourraient exercer une influence top-down facilitant les hauts comme les bas niveaux de traitement (comme la détection) des stimulations auditives complexes. Les stimulations pour lesquelles nous avons des connaissances (phonologiques et sémantiques) sont mieux détectées que les stimulations ne contenant ni caractéristique phonologique ni caractéristique sémantique. Nous montrons également que l'activation des connaissances influence la perception des stimulations ultérieures, et ce, même lorsque le contexte n'est pas perçu consciemment. En effet nous avons pu mettre en évidence un effet d'amorçage sémantique subliminal et nous avons observé des modifications neuronales oscillatoires dans la bande de fréquence bêta concomitante au traitement lexical de stimulations non catégorisées consciemment. L'ensemble des perceptions auditives ne serait alors que le produit d'une interaction permanente entre le contexte environnemental et les connaissances, ce qui nous conduirait à percevoir préférentiellement ce que nous connaissons déjà.

La catégorisation est un ensemble d’opérations mentales qui permettent de classer les objets et les évènements. C’est un processus crucial pour de nombreuses situations, telles que la survie dans le monde animal, l’apprentissage chez l’enfant, ou encore le raisonnement abstrait et la résolution de problèmes. Les patients ayant des lésions du cortex préfrontal présentent des difficultés pour les tâches de catégorisation, et l’existence de ces difficultés est corrélée au handicap fonctionnel de ces patients. Dans une première partie, nous avons mis au point une tâche de catégorisation adaptée pour l’utilisation chez le patient, intitulée SimiCat. A l’aide de cette tâche, nous avons précisé les difficultés de catégorisation des patients et montré que les erreurs de type différenciations sont spécifiques des patients frontaux. La tâche SimiCat présente une très bonne valeur diagnostique pour distinguer les patients ayant une démence fronto-temporale de ceux ayant une maladie d’Alzheimer. Dans une deuxième partie, nous avons utilisé l’IRM fonctionnelle pour préciser les bases cérébrales de deux processus clés pour la catégorisation : l’abstraction et la détection de similitudes. Nous avons montré que l’abstraction repose sur le cortex préfrontal dorsolatéral gauche, alors que la détection de similitudes repose sur le cortex préfrontal ventrolatéral bilatéral. A l’aide de la morphométrie basée sur le voxel, nous avons montré que la variabilité des performances de catégorisation des sujets sains était corrélée au volume de la portion antérieure du gyrus temporal moyen et inférieur droit, avec un gradient postéro-antérieur selon le niveau d’abstraction de la catégorisation. Dans une troisième partie, nous avons mis au point une tâche de double amorçage sémantique que nous utiliserons pour étudier les processus de catégorisation automatique chez les patients ayant des lésions frontales et temporales. A partir de ces résultats, nous proposons un modèle d’organisation cérébrale pour la catégorisation, reposant sur les régions temporales antérieures, le cortex préfrontal ventrolatéral bilatéral et dorsolatéral gauche. Nos résultats permettent également de mieux comprendre les déficits de catégorisation des patients, ce qui permettra d’adapter leur prise en charge diagnostique et thérapeutique. / Categorization is a set of mental processes that allow classifying objects and events. It is crucial in various contexts such as survival in animals, concept learning in children, abstract reasoning and problem solving. Patients with brain lesions involving the prefrontal cortex are impaired in categorization tasks. Categorization impairment correlates with functional autonomy in dementia. In the first part, we have developed a task, named SimiCat that we designed in order to assess categorization abilities in patients. With the help of this task, we showed that differentiation errors are specific of frontal patients. The SimiCat task has a good diagnostic value to distinguish behavior variant Frontotemporal dementia from Alzheimer disease.In the second part, we assessed the brain correlates of categorization. With functional MRI, we showed that abstraction involves the left dorsolateral prefrontal cortex, while similarity detection involves bilateral ventrolateral prefrontal cortex. With voxel-based morphometry we showed that variability in categorization performances correlates with the volume of the right anterior temporal lobe, with a caudo-rostral gradient according to abstraction. In the third part, we developed a double priming task that we will use to assess automatic categorization processes in patients with temporal and frontal lesions. Based on these results, we propose a model of brain organization for categorization. This model involves both anterior temporal lobes, as well as bilateral ventrolateral and left dorsolateral prefrontal cortices. Our results also contribute to a better understanding and management of patients suffering from categorization deficits.

L'étude de fonctions cognitives telles que le langage, la conscience et a fortiori leurs relations, constitue un défi aux confins de la médecine et des neurosciences cognitives. Le traitement sémantique procure à nos expériences perceptuelles un niveau de représentation abstrait, permettant une variété de fonctions conceptuelles. Dans ce travail, nous avons voulu explorer les relations entre le traitement sémantique verbal et la conscience en adoptant une double approche : d'une part en étudiant des sujets sains en condition de perception consciente et inconsciente (en utilisant une technique de masquage visuel), et d'autre part en étudiant des patients présentant un trouble de la conscience. Au travers de ce travail, nous apportons des arguments en faveur de l'existence de représentations sémantiques verbales inconscientes. Nous proposons également que les deux signatures cérébrales observées en potentiels évoqués (N400 puis LPC/P600) puissent s'intégrer dans un modèle à deux temps : premier temps inconscient (correspondant à la N400), puis second temps conscient (correspondant à la LPC/P600). En explorant les différences entre traitement conscient et non conscient, nous montrons que le traitement sémantique non conscient est sensible aux influences descendantes conscientes, ce qui réfute une conception strictement automatique de la cognition inconsciente. Nos résultats apportent également un nouveau regard sur les mécanismes de résolution d'ambiguïté sémantique. L'exploration des capacités cognitives telles que le traitement sémantique verbal, chez des patients présentant un trouble de la conscience, devrait permettre des avancées notables dans leur prise en charge. / The study of cognitive functions so complex such as language and consciousness, and of their interactions, is a challenge at the boundaries between medicine (intensive care, anesthesia, neurology) and cognitive neuroscience. Semantic processing provides our perceptual experiences with a level of abstraction allowing a variety of conceptual functions such as object recognition, social cognition, or language. In this thesis, we explored the relationships between verbal semantic processing and consciousness using a double approach: first, by studying healthy subjects in conscious and unconscious condition (using visual masking), and secondly by studying patients with disorders of consciousness. Through this work we provided empirical evidence of unconscious semantic representations. We then proposed that the two main brain signatures of semantic processing observed in ERPs (N400 and LPC / P600) could be integrated in a two stages model: a first unconscious stage (corresponding to the N400), followed or not by a second stage of processing corresponding to conscious semantics (LPC / P600). Exploring the differences between conscious and nonconscious processing, we showed that nonconscious semantic processing is sensitive to conscious top-down influences. These results refute a strictly automatic conception of unconscious cognition. Our results also shed new light on the respective roles of the two hemispheres in the resolution of semantic ambiguity. The exploration of high-level cognitive abilities, - such a verbal semantic processing - in patients affected with disorder of consciousness should enable significant advancements in their medical management.

La musique et le langage sont des matériels structurés à partir de principes combinatoires. Les auditeurs ont acquis des connaissances sur ces régularités structurelles par simple exposition. Ces connaissances permettent le développement d’attentes sur les événements à venir en musique et en langage. Mon travail de thèse étudiait deux aspects de la spécificité versus la généralité des processus de traitement de la musique et du langage: la perception et l’apprentissage statistique.Dans la première partie (perception), les Études 1 à 4 ont montré que le traitement des structures musicales influence le traitement de la parole et du langage présenté en modalité visuelle, reflétant l’influence des mécanismes d’attention dynamique (Jones, 1976). Plus précisément, le traitement des structures musicales interagissait avec le traitement des structures syntaxiques, mais pas avec le traitement des structures sémantiques en langage (Étude 3). Ces résultats sont en accord avec l’hypothèse de ressources d’intégration syntaxique partagées de Patel (2003). Nos résultats et les précédentes études sur les traitements simultanés des structures musicales et linguistiques (syntaxiques et sémantiques), nous ont incités à élargir l’hypothèse de ressources d’intégration partagées au traitement d’autres d’informations structurées qui nécessitent également des ressources d’intégration structurelle et temporelle. Cette hypothèse a été testée et confirmée par l’observation d’une interaction entre les traitements simultanés des structures musicales et arithmétiques (Étude 4). Dans la deuxième partie (apprentissage), l’apprentissage statistique était étudié en comparaison directe pour des matériels verbaux et non-verbaux. Plus particulièrement, nous avons étudié l’influence de l’attention dynamique guidée par des indices temporels non-acoustiques (Études 5 et 6) et acoustiques (Étude 7) sur l’apprentissage statistique. Les indices temporels non-acoustiques influençaient l’apprentissage statistique de matériels verbaux et non-verbaux. En accord avec la théorie de l’attention dynamique (Jones, 1976), une hypothèse est que les indices temporels non-acoustiques guident l’attention dans le temps et influencent l’apprentissage statistique.Les études de ce travail de thèse ont suggéré que les ressources d’attention dynamique influençaient la perception et l’apprentissage de matériels structurés et que les traitements des structures musicales et d’autres informations structurées (e.g., langage, arithmétique) partagent des ressources d’intégration structurelle et temporelle. L’ensemble de ces résultats amène de nouvelles questions sur la possible influence du traitement des structures auditives tonales et temporelles sur les capacités cognitives générales de séquencement notamment requises pour la perception et l’apprentissage d’informations séquentielles structurées.Jones, M. R. (1976). Time, our lost dimension: Toward a new theory of perception, attention, and memory. Psychological Review, 83(5), 323-355. doi:10.1037/0033-295X.83.5.323Patel, A. D. (2003). Language, music, syntax and the brain. Nature Neuroscience, 6(7), 674-681. doi:10.1038/nn1082 / Music and language are structurally organized materials that are based on combinatorial principles. Listeners have acquired knowledge about these structural regularities via mere exposure. This knowledge allows them to develop expectations about future events in music and language perception. My PhD investigated two aspects of domain-specificity versus generality of cognitive functions in music and language processing: perception and statistical learning.In the first part (perception), musical structure processing has been shown to influence spoken and visual language processing (Études 1 & 4), partly due to dynamic attending mechanisms (Jones, 1976). More specifically, musical structure processing has been shown to interact with linguistic-syntactic processing, but not with linguistic-semantic processing (Étude 3), thus supporting the hypothesis of shared syntactic resources for music and language processing (Patel, 2003). Together with previous studies that have investigated simultaneous musical and linguistic (syntactic and semantic) structure processing, we proposed that these shared resources might extend to the processing of other structurally organized information that require structural and temporal integration resources. This hypothesis was tested and supported by interactive influences between simultaneous musical and arithmetic structure processing (Étude 4). In the second part (learning), statistical learning was directly compared for verbal and nonverbal materials. In particular, we aimed to investigate the influence of dynamic attention driven by non-acoustic (Études 5 & 6) and acoustic (Étude 7) cues on statistical learning. Non-acoustic temporal cues have been shown to influence statistical learning of verbal and nonverbal artificial languages. In agreement with the dynamic attending theory (Jones, 1976), we proposed that non-acoustic temporal cues guide attention over time and influence statistical learning.Based on the influence of dynamic attending mechanisms on perception and learning and on evidence of shared structural and temporal integration resources for the processing of musical structures and other structured information, this PhD opens new questions about the potential influence of tonal and temporal auditory structure processing on general cognitive sequencing abilities, notably required in structured sequence perception and learning.Jones, M. R. (1976). Time, our lost dimension: Toward a new theory of perception, attention, and memory. Psychological Review, 83(5), 323-355. doi:10.1037/0033-295X.83.5.323Patel, A. D. (2003). Language, music, syntax and the brain. Nature Neuroscience, 6(7), 674-681. doi:10.1038/nn1082