L'objectif de cette thèse est d'étudier le rôle de l'attention spatiale dans le traitement des lettres et des mots écrits. Très peu de recherches ont examiné l'implication des mécanismes attentionnels spatiaux dans l'étude des processus de traitement bas-niveau des mots et des lettres. Pour ce faire, nous avons combiné le paradigme d'amorçage masqué avec celui d'indiçage exogène. Nos résultats ont montré avec les stimuli lettres une modulation attentionnelle significative des effets de répétition qui n'a été observée qu'en présence d'un indice valide et avec des amorces reliées à la cible. Une démonstration supplémentaire de ce résultat a été obtenue à partir d'une étude comportementale manipulant l'inhibition de retour mais aussi à partir d'une étude électrophysiologique qui a révélé une composante P3 significative des potentiels évoqués modulée par la présence d'indices valides à l'emplacement des amorces reliées. Nous avons eu recours à une manipulation de l'excentricité avec les stimuli mots, pour une condition où l'amorce et la cible apparaissent au même endroit et pour une autre condition où la cible est toujours centrale et l'amorce a une position variable. Les résultats ont montré pour les deux conditions un avantage de l'hémi-champ visuel droit et des effets robustes d'amorçage limités essentiellement aux positions les plus fovéales dans la condition où la cible est toujours centrale. La présence de tels effets d'hémi-champ à des étapes précoces du traitement des mots constitue un résultat original. Ces résultats suggèrent que les effets d'amorçage peuvent au moins partiellement dépendre de la localisation des amorces. Le fait de répliquer ces mêmes effets avec les lettres vient confirmer l'intérêt d'une telle conclusion. Plus important encore est le fait que tous nos résultats ont été observés en l'absence de mouvements oculaires et de tout accès conscient des sujets aux amorces. L'ensemble de ces résultats a été interprété dans le cadre de l'approche de codage en bigrammes pour le traitement orthographique et une nouvelle version, incluant l'attention comme facteur modulateur des effets d'amorçage masqué avec répétition, a été suggérée.

Le déficit social, incluant la perturbation du traitement du regard et des émotions, est au cœur de l’autisme. Des études ont montré que les visages de peur provoquent une orientation rapide et involontaire de l’attention spatiale vers leur emplacement chez les individus à développement typique. De plus, ceux-ci détectent plus rapidement et plus efficacement les visages avec un regard direct (vs regard dévié). La présente étude vise à explorer l’effet de l’émotion de peur et de la direction du regard (direct vs dévié) sur l’attention spatiale chez les enfants autistes à l’aide d’une tâche d’attention spatiale implicite. Six enfants avec un trouble autistique (TA) ont participé à cette étude. Les participants doivent détecter l’apparition d’une cible à gauche ou à droite d’un écran. L’apparition de la cible est précédée d’une amorce (paire de visages peur/neutre avec regard direct/dévié). La cible peut être présentée soit dans le même champ visuel que l’amorce émotionnellement chargée (condition valide), soit dans le champ visuel opposé (condition invalide). Nos résultats montrent que les amorces avec un visage de peur (vs les amorces avec un visage neutre) provoquent un effet d’interférence au niveau comportemental et divergent l’attention de leur emplacement chez les enfants avec un TA. / Autism is characterized by a social deficit, including difficulties in using and responding to facial expressions and gaze. Previous studies showed that fearful faces elicit a rapid involuntary orienting of spatial attention towards their location in typically developing (TD) individuals. In addition, target faces with direct gaze are detected faster and more efficiently than those with averted gaze in TD individuals. The aim of the current study is to explore the effect of fear and gaze direction (direct vs averted) on spatial attention in children with autistic disorder (AD). Six children with AD performed a covert spatial orienting task. Each trial consisted of a pair of faces (fearful/neutral with direct/averted gaze) briefly presented followed by a target presented at the location of one of the faces. Participants had to judge the location of the target (right or left visual field). The target unpredictably appeared on the side of the emotional face (fear, direct) (valid condition) or on the opposite side (neutral, averted) (invalid condition). Our results show that fearful faces have an interferent effect on the performance of AD children and divert attention from their location.

Le déficit social, incluant la perturbation du traitement du regard et des émotions, est au cœur de l’autisme. Des études ont montré que les visages de peur provoquent une orientation rapide et involontaire de l’attention spatiale vers leur emplacement chez les individus à développement typique. De plus, ceux-ci détectent plus rapidement et plus efficacement les visages avec un regard direct (vs regard dévié). La présente étude vise à explorer l’effet de l’émotion de peur et de la direction du regard (direct vs dévié) sur l’attention spatiale chez les enfants autistes à l’aide d’une tâche d’attention spatiale implicite. Six enfants avec un trouble autistique (TA) ont participé à cette étude. Les participants doivent détecter l’apparition d’une cible à gauche ou à droite d’un écran. L’apparition de la cible est précédée d’une amorce (paire de visages peur/neutre avec regard direct/dévié). La cible peut être présentée soit dans le même champ visuel que l’amorce émotionnellement chargée (condition valide), soit dans le champ visuel opposé (condition invalide). Nos résultats montrent que les amorces avec un visage de peur (vs les amorces avec un visage neutre) provoquent un effet d’interférence au niveau comportemental et divergent l’attention de leur emplacement chez les enfants avec un TA. / Autism is characterized by a social deficit, including difficulties in using and responding to facial expressions and gaze. Previous studies showed that fearful faces elicit a rapid involuntary orienting of spatial attention towards their location in typically developing (TD) individuals. In addition, target faces with direct gaze are detected faster and more efficiently than those with averted gaze in TD individuals. The aim of the current study is to explore the effect of fear and gaze direction (direct vs averted) on spatial attention in children with autistic disorder (AD). Six children with AD performed a covert spatial orienting task. Each trial consisted of a pair of faces (fearful/neutral with direct/averted gaze) briefly presented followed by a target presented at the location of one of the faces. Participants had to judge the location of the target (right or left visual field). The target unpredictably appeared on the side of the emotional face (fear, direct) (valid condition) or on the opposite side (neutral, averted) (invalid condition). Our results show that fearful faces have an interferent effect on the performance of AD children and divert attention from their location.

Un accès aux représentations mentales. Voici une phrase qui pourrait bientôt devenir une réalité. La recherche sur les interfaces cerveau-Machines est un champ de recherche en plein essor. En particulier, de grandes avancées ont été réalisées pour permettre par exemple à des tétraplégiques de retrouver une relative autonomie en actionnant un bras robotique par l'activité de leur cerveau. L'équipe de Hochberg a mis en évidence un système permettant à une femme tétraplégique d'attraper une boisson et de boire. Cela montre la précision incroyable que peut avoir une prothèse artificielle pilotée par le cerveau. Ma thèse porte sur un aspect peu exploré des interfaces cerveau-Machines, celui des interfaces cerveau-Machines cognitives, c'est-À-Dire utilisant le contenu représentationnel intime de l'activité du cerveau. Son objectif est de démontrer, sur un modèle primate non-Humaine, la possibilité d'accéder en temps-Réel à ce type de contenu complexe, y compris dans un environnement en perpétuel changement. L'adaptation des interfaces cerveau-Machines dans le monde réel, où nous sommes constamment confrontés à de nouvelles informations, est critique pour son fonctionnement. Un autre aspect, très important, porte sur l'exploration et la compréhension du système nerveux au niveau populationnel en utilisant des méthodes similaires à celles utilisées pour extraire de l'information dans les interfaces cerveau-Machines. Cela nous permet d'étudier le contenu instantané et sa dynamique dans l'évolution du temps. En résumé, nous démontrons la faisabilité d'accéder en temps-Réel à des informations complexes de l'attention spatiale et de la perception visuelle. Cet accès en temps-Réel n'est que peu affecté par un environnement qui change. Le potentiel de ce type d'interfaces cerveau-Machines est immense en vue du traitement de pathologies neurologiques aigües (suite à des accidents cérébraux vasculaires ou suite à des traumatismes accidentés) ou neurodégénératives (dans la maladie d'Alzheimer ou de Parkinson, pour ne parler que des plus connues) / The field of invasive Brain Machine Interfaces (iBMI) has during the last ten years proven its enormous potential in restoring movements in paralyzed patients. The present doctoral thesis introduces a new dimension to this field by using complex cognitive behavior to drive an iBMI. In this respect, visual processes including spatial attention and perception are of special interest. This thesis project has three principal objectives: first, show the feasibility of decoding cognitive information in an offline setup. Second, evaluate the decoding of cognitive information in a real time experimental setup and third, investigate the impact of this setup in a changing environment, this both from the perspective of driving real time brain-Machine interfaces and that of understanding distributed populational neuronal codes. In line with the first objective of this thesis, an evaluation of several different classification techniques has been carried out in order to choose the best suited method for reading out cognitive information. The study provides evidence that visual information can be read out with similar performance as cognitive information. This study is the first study aiming at explicitly comparing the read out of sensory and cognitive information. The two last objectives of the present thesis are carried out on data from a new real-Time experimental setup. First we demonstrate the feasibility of real-Time readout of spatial attention and perception and we bring about a novel understanding about these two cognitive processes. Second, we show that in a changing environment, remarkable reconfigurations of prefrontal neural populations occur under certain contexts while left unaffected by other contexts. This Ph.D. thesis has taken the field of cognitive brain-Machine interfaces one step further by establishing the impact on spatial attention and perception of a changing environment. Facing the many neurological and neurodegenerative pathologies existing today, this thesis provides a steady ground for the continuation of research in this area

Les potentiels reliés aux événements (PRÉ) sont très couramment utilisés comme méthode de mesure de l’attention visuelle. Certaines composantes PRÉ comme la N2pc et la P3 sont largement considérées comme marqueurs du déploiement de l’attention. Afin d’investiguer s’il est possible de déterminer la localisation sur laquelle l’attention est dirigée ou encore la présence ou non de l’attention à une localisation donnée, une tâche d’indiçage spatial a été utilisée. L’indice indiquait l’une de quatre localisations sur laquelle les participants devaient diriger leur attention. L’indice spatial utilisé était de nature exclusivement symbolique, impliquant que l’attention devait être déplacée de façon volontaire. L’analyse des signaux ÉEG captés alors que les participants réalisaient la tâche a été effectuée en faisant usage d’une technique d’apprentissage machine. Un classificateur de type SVM (Support Vector Machine) a ainsi été utilisé afin de prédire la présence ou l’absence d’attention à une localisation en utilisant le signal ÉEG associé aux cibles et aux distracteurs. Un taux de précision de 75% (p < 0,001) a été obtenu lors de cette classification, le niveau du hasard se trouvant à 50%. Un classificateur de type DSVM (SVM à dendrogramme) a été utilisé afin de prédire le locus précis de l’attention en utilisant le signal ÉEG relié aux cibles uniquement. Dans ce problème de classification, un taux de prédiction exacte de 51,7% (p < 0,001) a été obtenu, le niveau du hasard étant de 25%. Les résultats indiquent qu’il est possible de distinguer le locus attentionnel à partir des PRÉ dans un espace de +/- 0,4 degrés d’angle visuel et ce, avec des taux de précision dépassant largement le niveau du hasard. / Event related potentials (ERP) are commonly used as a method of measuring visual attention. ERP components such as N2pc and P3 are largely considered as markers of attention deployment. In order to investigate the possibility of predicting the locus and the presence or absence of attention, a spatial cueing task was used. A cue indicated one of the four locations on which subjects had to direct their attention. The spatial cue was exclusively symbolic, implying that attention had to be oriented voluntarily. The analysis of the EEG signal which was measured as subjects carried out the task was performed using machine learning. An SVM (Support Vector Machine) classifier was used to predict the presence or absence of attention at one location, using the EEG signal associated with targets and distractors. A decoding accuracy of 75% (p < 0,001) was achieved for this classification, with a chance level of 50%. A DSVM (Dendrogram SVM) was used to predict the precise locus of attention using the EEG signal linked to targets only. In this classification problem, a decoding accuracy of 51,7% (p < 0,001) was achieved, with a chance level of 25%. These results suggest that it is possible to distinguish the locus of attention from ERPs in a +/- 0,4 degrees of visual angle space with decoding accuracies considerably above chance.

En plus de leurs difficultés motrices bien documentées, les personnes atteintes de la maladie de Parkinson présentent un large éventail de symptômes non moteurs. Ces symptômes non moteurs comprennent des difficultés perceptives, telles que la détection du contraste, la perception du mouvement et les réductions du champ visuel, ainsi que des difficultés cognitives, incluant des déficits de l'attention, du traitement visuospatial et de mémoire. Ces symptômes non moteurs demeurent sous-étudiés et peu compris, et ce, malgré le fait qu’ils jouent un grand rôle dans la qualité de vie des personnes avec la maladie de Parkinson ainsi que dans leur profil clinique. Dresser un profil des atteintes visuo-perceptives dès les premiers stades de la maladie est donc d’une grande importance. Pour ce faire, nous avons testé 14 adultes âgés et 10 adultes avec la maladie de Parkinson sur différents tests mesurant la perception et les capacités cognitives. Nous avons obtenu quelques évidences démontrant des atteintes au niveau de la cognition, mais aucune en lien avec la visuo-perception. De plus, nos résultats quelque peu contradictoires ne nous permettent pas d’infirmer ou confirmer la présence d’interactions entre la visuo-perception et la cognition dans les premiers stades de la maladie de Parkinson. / In addition to their well-documented motor difficulties, individuals afflicted with Parkinson's disease manifest a broad spectrum of non-motor symptoms. These non-motor symptoms encompass perceptual challenges, such as contrast detection, motion perception, and reductions in visual field, alongside cognitive impairments, including deficits in attention, visuospatial processing, and memory. Despite playing a significant role in the quality of life and clinical profile of Parkinson's disease patients, these non-motor symptoms remain insufficiently explored and understood, particularly visuo-perceptual impairments. Profiling visuo-perceptual impairments in the early stages of the disease holds considerable importance. To address this, we assessed 14 elderly adults and 10 adults diagnosed with Parkinson's disease using various tests measuring perception and cognitive abilities. While we obtained some evidence indicating cognitive impairments, none were linked to visuo-perception. Moreover, our somewhat contradictory findings do not allow us to definitively confirm or refute the presence of interactions between visuo-perception and cognition in the early stages of Parkinson's disease.

La nociception est un système d’alarme spécialisé dans la détection d’évènements potentiellement nocifs pour l’organisme. Les informations nociceptives sont traitées en priorité par le cerveau et captent l’attention involontairement (un mécanisme ascendant). Cependant, l’information sensorielle à laquelle nous portons attention volontairement est sélectionnée pour être priorisée (un mécanisme descendant). Ainsi, le traitement de l’information nociceptive est déterminé par une balance attentionnelle résultant de la compétition entre les signaux ascendants et descendants. Or, des situations où plusieurs stimuli nociceptifs ont lieu simultanément se produisent couramment. Mais quels mécanismes permettent au système nerveux central de s’adapter à de telles situations? Cela demeure méconnu à ce jour. L’objectif principal de cette thèse était de mieux comprendre les mécanismes d’intégration cérébrale de l’information nociceptive. Cette thèse inclut quatre études examinant l’intégration cérébrale de l’information nociceptive bilatérale dans différentes conditions expérimentales. Dans ces études, nous avons investigué comment l’intégration de l’information nociceptive est affectée par 1) la latéralisation hémisphérique présumée distincte entre les droitiers et les gauchers, 2) la modalité utilisée pour induire la douleur (stimuli laser sélectifs aux nocicepteurs et stimuli électriques non spécifiques), 3) l’attention spatiale et 4) la proximité des régions corporelles stimulées. Dans chaque étude, au moins vingt participants furent recrutés et reçurent soit des stimuli électriques (étude 1 et 3) ou lasers (étude 2 à 4) douloureux. L’activité du cerveau fut enregistrée avec l’électroencéphalographie. Les stimulations unilatérales et bilatérales furent appliquées sur les chevilles (étude 1) et sur les mains (études 2 à 4). Les variables d’intérêts étaient la perception de la douleur, les potentiels évoqués, et les oscillations cérébrales évoquées entre 2 et 100 Hz. Nos résultats indiquent que l’effet le plus reproductible lors d’une stimulation laser ou électrique bilatérale comparée à une stimulation unilatérale, est une augmentation de l’amplitude des réponses cérébrales (potentiels évoqués et oscillations cérébrales dans certaines bandes de fréquences). De plus, la comparaison entre les gauchers et les droitiers indique que ces effets sont comparables malgré la latéralisation hémisphérique présumée. Par ailleurs, l’augmentation des réponses cérébrales est modulée par la proximité des régions corporelles stimulées. Quant à la perception de la douleur, elle augmente pour les stimuli bilatéraux lorsque ces derniers sont appliqués sur les chevilles ou les mains. Pour les mains, cet effet dépend toutefois de la distance entre les mains et de l’attention spatiale, étant observé seulement lorsque les mains sont rapprochées l’une de l’autre ou lorsque l’attention spatiale est dirigée vers les deux mains plutôt qu’une seule. Ces résultats montrent que l’intégration cérébrale de l’information nociceptive bilatérale est modulable, et nous proposons que l’augmentation des réponses cérébrales lors d’une stimulation bilatérale reflète une augmentation de la saillance et de la capture attentionnelle. Cette intégration et sa modulation par différents facteurs permettraient au système nerveux central de produire des réponses adaptées selon les sources de nociception et la balance attentionnelle. / Nociception is an alarm system specialized in the detection of events that are potentially harmful to the body. Nociceptive processing is prioritized in the brain and is particularly adept at capturing attention automatically and involuntarily (i.e., a bottom-up mechanism). However, the sensory information to which we voluntarily pay attention (a top-down mechanism) is also prioritized. Thus, the processing of nociceptive information is subject to a bottom-up and top-down attentional balance. However, situations where several nociceptive stimuli take place simultaneously are common. The mechanisms that allow the nervous system to manage this attentional balance in such situations remain poorly understood. The main objective of this thesis was to better understand the integration of nociceptive information. This thesis presents four studies examining the cortical integration of bilateral nociceptive stimuli. These studies investigated the role of 1) the hemispherical lateralization of pain that is presumed to be different between left- and right-handed individuals, 2) the modality (a bottom-up mechanism) used to induce pain, 3) spatial attention (a top-down mechanism), and 4) between-limb proximity in the integration of bilateral painful stimuli. In each study, at least twenty participants were recruited and received either painful but tolerable electrical (Studies 1 and 3) or laser (Studies 2 to 4) stimulation. Brain activity was recorded via electroencephalography. Unilateral and bilateral stimulations were delivered to the ankles (Study 1) and to the hands (Studies 2 to 4). The variables of interest were pain perception, evoked potentials (ERP), and event-related spectral perturbations (ERSP) from 2 to 100 Hz. In the first study, the impact of the hemispherical lateralization of pain processing (located mainly in the right hemisphere) on the integration of pain stimuli was examined by comparing left-handed and right-handed participants. In the second study, lasers selectively activating nociceptors were used to study the integration of bilateral nociceptive stimuli specifically. The third study sought to explain the observed discrepancies between laser and electrical modalities in Studies 1 and 2 by comparing these modalities in the same participants and in two separate experiments. The fourth study explored the role of spatial attention and limb proximity in the integration of bilateral nociceptive stimuli. The results show that bilateral painful stimuli led to increases in ERP and some ERSP frequencies compared to unilateral stimuli. These results were similar between left-handed and right-handed people. More variability was noted for laser compared to electrical stimuli with the most reproducible response being an increase in ERP and ERSP. Finally, this increase was modulated by limb proximity. Pain perception was increased for bilateral stimuli to the ankles. It was also increased for bilateral stimuli to the hands, but only when the limbs were in close proximity or when spatial attention was global. These results suggest that bilateral painful stimuli are integrated, which possibly reflects an increase in salience and attentional capture. This would allow the central nervous system to produce adapted responses in the face of increased danger.