Stimuli caused by our own voluntary actions receive a special treatment in the brain. In auditory processing, the N1 and/or P2 components of the auditory event-related brain potential (ERP) to self-initiated sounds are attenuated compared to passive sound exposure, which has been interpreted as an indicator of a predictive internal forward mechanism. Such a predictive mechanism enables differentiating the sensory consequences of one´s own actions from other sensory input and allows the mind to attribute actions to agents and particularly to the self, usually called the “sense of agency”. However, the notion that N1 and/or P2 attenuation effects to self-initiated sounds reflect internal forward model predictions is still controversial. Furthermore, little is known about the relationship between N1 and/or P2 attenuation effects and the sense of agency. Thus, the aim of the present thesis was to further investigate the nature of the N1 and/or P2 attenuation effect to self-initiated sounds and to examine its specific relationship to the sense of agency. The present thesis provides evidence that N1 and/or P2 attenuation effects to self-initiated sounds are mainly determined by movement intention and predictive internal motor signals involved in movement planning and rules out non-predictive explanations of these effects. Importantly, it is shown that sensory attenuation effects in audition are directly related to the feeling of agency, but occur independent of agency judgments. Taken together, the present thesis supports the assumptions of internal forward model theories.

Les hallucinations auditives verbales (HAVs) sont des perceptions langagières en l'absence de stimuli externes appropriés. Elles sont un des symptômes les plus invalidants dans la schizophrénie. Parmi les grands types de modèles explicatifs, deux sont particulièrement intéressants : les modèles à origine perceptive, selon lesquels les voix entendues seraient dues à une imagerie mentale et des représentations auditives trop vives et les modèles à origine productive, selon lesquels la parole intérieure est perturbée de telle sorte que les propres pensées verbales du patient sont attribuées à un agent externe. Pour tester le versant moteur des modèles productifs, une expérience de recueil de traces oro-faciales lors des HAVs à l'aide de l'électromyographie de surface a été conduite auprès de 11 patients schizophrènes. Les résultats montrent une tendance à l'augmentation de l'activité musculaire de l'orbiculaire inférieur lors des HAVs par rapport à une condition de repos. Pour tester le versant cérébral des modèles, une expérience en IRMf de génération de pensée verbale et de perception auditive a été menée auprès de 19 sujets schizophrènes et 24 sujets contrôles et a montré une hyper-activation d'un réseau impliquant le cortex temporal et le cortex cingulaire antérieur. La caractérisation phénoménologique des HAVs vécues par les patients a montré que les HAVs diffèrent de la pensée intérieure typique en ce que les voix entendues peuvent être nombreuses et ne sont pas celle du patient lui-même. Ainsi aucun des deux types de modèles considérés isolément n'est satisfaisant pour expliquer les HAVs. Un modèle intégratif multidimensionnel permettrait de mieux rendre compte de la complexité des HAVs. Il existerait, chez les patients schizophrènes une prédisposition perceptive hyper-active couplée à un système de prédiction défaillant. Les deux dysfonctionnements seraient de plus modulés par des facteurs top-down, de stress et un biais cognitif d'externalisation. / Les hallucinations auditives verbales (HAVs) sont des perceptions langagières en l'absence de stimuli externes appropriés. Elles sont un des symptômes les plus invalidants dans la schizophrénie. Parmi les grands types de modèles explicatifs, deux sont particulièrement intéressants : les modèles à origine perceptive, selon lesquels les voix entendues seraient dues à une imagerie mentale et des représentations auditives trop vives et les modèles à origine productive, selon lesquels la parole intérieure est perturbée de telle sorte que les propres pensées verbales du patient sont attribuées à un agent externe. Pour tester le versant moteur des modèles productifs, une expérience de recueil de traces oro-faciales lors des HAVs à l'aide de l'électromyographie de surface a été conduite auprès de 11 patients schizophrènes. Les résultats montrent une tendance à l'augmentation de l'activité musculaire de l'orbiculaire inférieur lors des HAVs par rapport à une condition de repos. Pour tester le versant cérébral des modèles, une expérience en IRMf de génération de pensée verbale et de perception auditive a été menée auprès de 19 sujets schizophrènes et 24 sujets contrôles et a montré une hyper-activation d'un réseau impliquant le cortex temporal et le cortex cingulaire antérieur. La caractérisation phénoménologique des HAVs vécues par les patients a montré que les HAVs diffèrent de la pensée intérieure typique en ce que les voix entendues peuvent être nombreuses et ne sont pas celle du patient lui-même. Ainsi aucun des deux types de modèles considérés isolément n'est satisfaisant pour expliquer les HAVs. Un modèle intégratif multidimensionnel permettrait de mieux rendre compte de la complexité des HAVs. Il existerait, chez les patients schizophrènes une prédisposition perceptive hyper-active couplée à un système de prédiction défaillant. Les deux dysfonctionnements seraient de plus modulés par des facteurs top-down, de stress et un biais cognitif d'externalisation.

Les hallucinations auditives (HA) sont présentes chez 70% à 80% des patients atteints de schizophrénie et sont résistantes aux traitements pharmacologiques dans environs 25% cas. Ces symptômes induisent une détresse importante chez les sujets et grèvent le pronostic. Dans ce travail, nous avons mis en avant des altérations cérébrales spécifiques aux HA chez des patients atteints de schizophrénie. Dans une première étude, en utilisant la méthode de DTI, nous avons montré que les patients atteints de schizophrénie avec HA ont une intégrité du faisceau arqué, supérieure à celle mesurée chez des patients atteints de schizophrénie sans HA. Dans une seconde étude, en utilisant la méthode de SRM, nous avons montré une augmentation de NAA, reflet du métabolisme neuronal, dans le cortex préfrontal dorsolatéral de l'hémisphère droit chez les patients atteints de schizophrénie avec HA comparé au CPFDL gauche et à des patients atteints de schizophrénie sans HA. Dans ces deux études, le taux de NAA du CPFDL droit et l'intégrité du faisceau arqué ont été associés à la sévérité des HA présentes chez les patients. Dans notre dernière étude, nous avons montré une association entre le taux de BDNF périphérique, marqueur de la plasticité neuronale, et le taux de NAA mesuré dans le CPFDL droit, chez les patients atteints de schizophrénie résistante. Ces résultats montrent qu'il existe une pathophysiologie spécifique des HA chez les patients atteints de schizophrénie et mettent en avant l'importance de stratifier les patients sur la base de leurs symptômes prédominants dans les futures études pathophysiologiques de la schizophrénie / Auditory hallucinations (AH) are present in 70% to 80% of patients with schizophrenia and are resistant to pharmacological treatments in 25% of cases. These symptoms induce significant distress in patients and predict a bad prognosis. In this work we have highlighted cerebral alterations specific to AH in patients suffer from schizophrenia. In a first study, using DTI method, we showed that patients with schizophrenia and AH have an arcuate fasciculus integrity, reflected by the measurement of fractional anisotropy (FA) greater than the one measured in patients with schizophrenia without AH. In a second study, using MRS method, we showed an increase of NAA level measured in the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) in the right hemisphere in patients with schizophrenia and AH compared to the DLPFC in the left hemisphere and compared to patients with schizophrenia and without AH. Moreover, in these two studies we showed an association between AH severity and the arcuate fasciculus integrity in the left hemisphere and an association between AH severity and NAA levels in the right DLPFC. Finally, in our last study, we quantified BDNF levels using ELISA method and showed an association between peripheral BDNF level, a marker of neuronal plasticity, and NAA levels in the right DLPFC, marker of neuronal metabolism, in patients with treatment-resistant schizophrenia. These results show that there is a specific pathophysiology of AH in patients with schizophrenia and highlight the importance of stratifying patients on the basis of their predominant symptoms in future pathophysiological studies of schizophrenia

L'implant cochléaire représente le dispositif de référence pour réhabiliter l'audition des patients atteints de surdités sévère à profonde. Les indications se sont récemment étendues vers les patients avec une audition résiduelle avec de bons résultats. Il persiste cependant une grande hétérogénéité des résultats auditifs. Plusieurs facteurs ont été identifiés comme influençant les performances auditives: durée de la surdité, intelligibilité préopératoire et stratégie de codage. Dans cette thèse, l'anatomie de la cochlée et la position postopératoire du porte-électrodes ont été étudiés afin d'identifier les facteurs de variabilité de la discrimination vocale inter- et intra-individuelle. Les résultats de cette thèse ont montré un lien entre la position de l'électrode et les performances auditives à court terme, alors que la plasticité neuronale pourrait jouer un rôle important dans l'adaptation de l'implant cochléaire aux structures neurales à long terme. De plus, la préservation des structures cochléaires est maintenant recommandée pour tous les candidats à l'implantation, quelle que soit leur audition préopératoire. Une étude radio-histologique sur rochers avec une insertion motorisée du porte-électrodes a été réalisée afin d'identifier les paramètres des forces d'insertion qui pourraient prédire le traumatisme de l'oreille interne lié à l'insertion. Une corrélation entre les valeurs de forces d'insertion et le traumatisme cochléaire a été trouvée dans les os temporaux. Ces valeurs, serviront au développement d'outils d'insertion " intelligents " pour réduire les lésions liées à l'insertion et ainsi conduire à des conditions de rééducation auditive optimale. / The cochlear implantation represents the standard technique to restore the hearing in totallydeafened persons, and the indications during the last years are widening also to patients withresidual hearing or presenting single sided deafness. Despite the overall good to very goodresults after cochlear implantation reported in literature a wide heterogeneity of the hearingoutcomes emerges in the single studies and poor results both in unilateral and bilateralcochlear implantation are still reported. Several patients’ specific factors have been identifiedas affecting postimplant speech perception score, including duration of deafness, residualpreoperative speech recognition, and different speech coding strategy. In this thesis theanatomy of the cochlea and the position of the electrode array in implanted patients have beenstudied with the attempt to identify the affecting factors that contribute to the variability of theinter- and intra-individual speech discrimination scores both in bilaterally and unilaterallyimplanted patients. Moreover, following the expanding indication for cochlear implantation,the preservation of inner ear structures is becoming recommended for all cochlear implantcandidates, regardless of their preoperative hearing. A radio-histological temporal bone studywith a motorized insertion of the array was performed in order to identify the insertion forcesparameters that could predict the possible traumatism involving the inner ear. The results ofthis thesis showed a relationship between the intracochlear electrode position and hearingperformance in the short term follow up, whereas the neural plasticity would play animportant role in the adaptation of the cochlear implant to the neural structures in the longterm. A correlation between insertion forces and inner ear traumatism was found in temporalbones. Two different force profiles for traumatic and atraumatic insertion were obtained; thesevalues, if confirmed by further studies, could be useful for the development of future forcefeedback automated cochlear implant insertion tool in order to reduce the risk of insertionrelated damage and provide the best chance for an optimal hearing rehabilitation in cochlearimplanted candidates.

Contexte scientifique : Les Stimulations Bilatérales Alternées (SBA) sont des techniques portant sur les modalités visuelles, tactiles ou auditives utilisées dans la psychothérapie EMDR « Eyes Movement Desensitization And Reprocessing ». Les recherches isolant les SBA portent souvent sur la modalité visuelle et relatent son effet sur la perturbation subjective à partir de la diminution de l'activité végétative observée. Or certains TSPT ne présentent pas d'activité végétative marquée, ceci corrélativement à la présence de dissociation (Choi et al., 2017; Sack, Cillien, & Hopper, 2012; Briere, Weathers, & Runtz, 2005) Aussi, peu d'études sont consacrées aux SBA auditives sauf pour signaler leur effet moindre comparativement aux autres modalités (Van Den Hout et al, 2012). Par ailleurs, le lien entre les SBA auditives et la dissociation n'a jamais fait l'objet de publication.Problématique : Quel est l'effet des SBA auditives sur l'intensité des signes de dissociation et de perturbation liées à un événement ?Méthode : Après avoir défini la dissociation comme un processus de perception du vécu subjectif qui échappe à la conscience, nous utilisons une méthode expérimentale incluant 40 participants volontaires pour offrir un argument en faveur de l’intérêt des SBA auditives dans le traitement de la dissociation. L'étude comprend 40 participants sains ayant une activité végétative stable pendant le rappel d'un souvenir inquiétant. Les sujets sont distribués au hasard pour la phase de traitement au cours de laquelle ils se rappellent l'événement simultanément à des SBA auditives (n = 20) ou sans SBA auditive (n = 20). L'intensité des signes de dissociation et de perturbation est mesurée en pré-traitement et post-traitement à partir des scores moyens dans le questionnaire RSDI «Response to script Driven imagerie» (Hopper et al, 2007). Résultats : Pour la dissociation, il y a une interaction significative entre les variables Groupe et Moment, F(1, 38) = 5.25, p= .03. Avec SBA auditives, on observe une différence des scores en pré et post traitement significative V = 134, n = 20, p = .03 ; dans le sens d'une diminution. Pour la perturbation subjective, il n'y a pas d'interaction significative entre les variables et la différence des scores n'est pas significative.Discussion : la technique SBA auditive diminue l'intensité des signes de dissociation. Cela ne génère pas forcément un vécu subjectif perturbant. Ces résultats préliminaires ouvrent un champ de recherche sur la psychopathologie dissociative et des SBA auditives. À partir des travaux de Stanislas Dehaene sur « l’espace de travail neuronal global » et la conscience, nous proposons un nouveau modèle théorique de l’action des SBA en intégrant ses effets sur la dissociation. À terme, des recommandations méthodologiques sont envisagées. / Scientific background: The alternate bilateral stimulations (ABS) are techniques relating to the visual, tactile or aural modalities used in the psychotherapy EMDR "Eyes Movement Desensitization And reprocessing". Insulating research the SBA often focus on visual modality and relate its effect on subjective disturbance from the decline in observed vegetative activity. However, some PTSD do not exhibit marked vegetative activity, this correlatively with the presence of dissociation (Choi et al., 2017; Sack, Cillien, & Hopper, 2012; Briere, Weathers, & Runtz, 2005) Also, few studies are devoted to auditory ABS except to indicate their lesser effect compared to other modalities (Van Den Hout et al, 2012). On the other hand, the link between the auditory ABS and the dissociation has never been the subject of publication.Problem: What is the effect of auditory ABS on the intensity of event-related dissociation and disturbance signs?Method : After defining dissociation as a process of perception of subjective experience that escapes consciousness, we use an experimental method including 40 voluntary participants to offer an argument in favor of the interest of the auditory ABS in the treatment of dissociation. The study includes 40 healthy participants with stable vegetative activity during the recall of a disturbing memory. The subjects are randomly distributed for the treatment phase during which they recall the event simultaneously to auditory SBA (n = 20) or without hearing SBA (n = 20). The intensity of the signs of dissociation and disturbance is measured in pre-treatment and post-treatment from the average scores in the questionnaire RSDI "Response to script Driven imaging" (Hopper and LA, 2007). Results : For dissociation, there is a significant interaction between the variables group and Moment, F (1, 38) = 5.25, p =. 03. With SBA auditory, there is a difference in pre-and post-treatment scores of significant V = 134, n = 20, p =. 03; In the sense of a decrease. For subjective disturbance, there is no significant interaction between the variables and the difference in scores is not significant.DISCUSSION : The auditory technique reduces the intensity of the dissociation signs. This does not necessarily generate a disturbing subjective experience. These preliminary results open a field of research on dissociative psychopathology and of auditory ABS. Based on the work of Stanislas Dehaene on the "Global Neural work space" and consciousness, we propose a new theoretical model of ABS action by integrating its effects on dissociation. Methodological recommendations are envisaged.

1er objectif : Mieux caractériser les surdités neuro-sensoriellesNous avons démontré dans ce travail de thèse que nous étions capablesd’individualiser le saccule et l’utricule pour faire le diagnostic d’hydropscompartiment par compartiment. L’intérêt repose sur les propriétés biomecaniquesdifferentes de ces deux structures notamment en terme decompliance. En isolant l’hydrops sacculaire, nous avons démontré qu’ilétait lié à la présence de surdité neurosensorielle pour les patients avecune Maladie de Ménière mais également qu’il pouvait être détecté pourdes patients présentant des surdités isolées sur les basses fréquences, quine sont habituellement pas classées comme porteurs cliniquement de laMaladie de Ménière. Nous avons mis au point une séquence 3D-FLAIRutilisable en pratique clinique pour la détection d’hydrops sacculaire,utilisable quelque soit le champ magnétique et le constructeur.Pour les patients porteurs de schwannomes cochléo-vestibulaires, nousavons démontré que le degré de perte auditive était cette fois liée à laprésence d’un hydrops utriculaire. Ce diagnostic peut être porté sansinjection de produit de contraste puisque la présence d’un schwannomeobstructif entraine mécaniquement une augmentation du taux protidiquedans la périlymphe et donc une discrimination périlymphe/endolymphesur les séquences T2 en echo de gradient.En revisitant l’anatomie histologique avec la remnographie, nous avonsproposé une théorie bi-compartimentale pour les échanges endolymphe/liquidecéphalorachidien ; supposant que l’utricule et le saccule joue un rôle detampon entre le cerveau et la cochlée. En cas d’obstruction mécanique,au niveau de l’aqueduc du vestibule pour la maladie de Ménière et dunerf cochléo-vestibulaire pour les tumeurs du conduit auditif interne ; letampon ne joue plus son rôle. Surviennent alors des lésions cellulaires desstéréocils de la cochlée et la surdité attenante.2ème objectif : Mieux caractériser les altérations structurelles neuronalesrétro-cochléaires des surdités neurosensoriellesDu point de vue biophysique de l’IRM, l’étude du nerf cochléaire possèdel’avantage de posséder une structure simple essentiellement composéed’une seule population de fibre à modéliser par voxel, au prix d’une régiond’étude compliquée intricant de l’os, du liquide et de l’air dans l’ostemporal. Nous avons donc commencer par développer un algorithmede pré-traitement des données de diffusion qui utilise toutes les toolboxrécentes pour corriger les artéfacts de susceptibilité magnétique, de mouvements, de champ B0 et B1, les courants de Foucaults, les arrtéfactsde Gibbs. Nous avons utilisée une séquence de Diffusion optimisée pourêtre utilisable en pratique clinique en cas de mouvements des patients,construite par bloc de 15 directions.Nous avons ensuite appris à utiliser des biomarqueurs quantitatifs, notammentle coefficient de diffusion apparent des fibres, directement issusdu signal de Diffusion dont nous avons préalablement testé la fiabilitésur des données de diffusion multi-compartimentale de haute qualité auniveau de l’encéphale. Nous avons ensuite proposée une méthode originaled’extraction de l’information des voxels du nerf cochléaire appelée spectralclustering pour obtenir ce coefficient de densité des fibres de façon robusteau niveau de notre population témoin. Enfin, nous avons implémenté unalgorithme de Manifold Learning pour l’analyse de ce signal de diffusion,qui surpasse les biomarqueurs scalaires en confrontation à des modèlespathologiques auditifs en tenant compte de l’hétérogénité du signal dediffusion dans un cluster. Nous avons ainsi démontré que les patientsporteurs de la maladie de Ménière présentaient une augmentation de ladensité de fibre, en faisant de particulier bosn candidats à l’implantationcochléaire, en accord avec les premières études cliniques fonctionnellessur le sujet. / Sensorineural hearing loss (SNHL) is a common functional disorder in humans. Besides clinical investigations, magnetic resonance imaging (MRI) is the modality of choice to explore the central auditory pathways. Indeed, new MRI sequences and postprocessing methods have revolutionized our understanding of inner ear and brain disorders.The inner ear is the organ of sound detection and balance. Within the inner ear, there are two distinct compartments filled with endolymph and perilymph.The accumulation of endolymph fluid is called “endolymphatic hydrops”. Endolymphatic hydrops may occur as a consequence of a variety of disorders, including Meniere’s Disease, immune-mediated diseases or internal auditory canal tumors.Previous classification for grading the amount of endolymph liquid using MRI has proposed a global semi-quantitative evaluation, without distinguishing the utricle from the saccule, whose biomechanical properties are different in terms of compliance.This work had two main objectives: 1°) to better characterize the role of endolymphatic hydrops in SNHL occurrence; 2°) to study secondary auditory pathways alterations.Part 1: Understanding the role and pathophysiology of endolymphatic hydrops in SNHL occurrence.Endolymphatic hydrops can be identified using MRI, acquired 4-6-hours after injection of contrast media. This work has demonstrated the feasibility and improved this technique in a clinical setting.Using optimized morphological sequences, we were able to illustrate inner ear microanatomy based on temporal bone dissection, and to distinguish the saccule and the utricle.In accordance with a multi-compartmental model, we observed that the saccular hydrops was a specific biomarker of low-tone SNHL in the context of typical or atypical forms of Meniere’s Disease. In addition, utricular hydrops was linked to the degree of hearing loss in patients with schwannomas. We raise the hypothesis that both saccule and utricle compartment play the role of a buffer in endolymph reabsorption. When their compliance is overstretched, inner ear endolymph regulation fails, subsequently leading to cochlear lesions such as loss of the shorter stereocilia of the hair cells, as suggested by experimental animal modelsThus, we were able to prove the high prevalence of endolymphatic hydrops in patients with SNHL.Part 2: Development of new imaging biomarkers to study the central auditory pathways.Diffusion-Weighted Imaging play a crucial role because it can help to assess the intracellular compartment by displaying the Brownian movements of water molecules. In the context of cochlear lesions, anterograde axonal degeneration has only been demonstrated in animal models. In the context of retrocochlear lesions, no MRI sequences have previously showed efficiency in distinguishing the cochlear from the facial nerve. This is crucial for safe surgery procedure.We have designed optimized postprocessing tools to explore SNHL patients with High-Angular Resolution DWI acquisition. We have included in the clinical setting software tools for B0 and B1 bias field artifacts’ correction, Denoising process, Gibbs artifacts’ correction, Susceptibility and Eddy Current artifacts management.The ultimate goal was to properly study the Fiber Orientation Distribution (FOD) along the auditory pathways in case-controlled studies, using top-of-the-art methods of fixels analysis and a newly developed toolbox with Machine Learning analysis of the Diffusion signal.We have studied reproducibility of these two methods on Multi-Shell Diffusion gradient scheme by test-retest procedure. We have then used the fixel method to seek for auditory pathways alterations in Meniere’s Disease and Machine Learning automatic analyses to extract Inner Auditory Canal cranial nerves.Thus, we have developed a new method for cranial nerves’ tractography using FOD spectral clustering, efficient in terms of computer requirement and in tumor condition.

In dieser Studie untersuchten wir den Mechanismus und die neuronalen Strukturen, die an der auditorischen Filterung bedeutungsvoller Reize während des Schlafs beteiligt sind. Zunächst entwickelten wir ein Verhaltensparadigma, bei dem Geräusche in einer bedeutungsabhängigen Weise Veränderungen in schlafassoziierten Oszillationen hervorrufen. Interessanterweise traten diese Störungen bereits bei niedrigen Schallintensitäten während des NREM- und REM-Schlafs auf, was die starke Einflussnahme bedeutungsvoller Reize auf die Schlafdynamik betont. Darüber hinaus unterstrich unsere Analyse von Verallgemeinerungsseffekten unter Verwendung verschiedener neutraler Klangreize die breite Wirkung bedeutungsvoller Klänge auf das EEG, unabhängig von der Unterscheidbarkeit der Geräusche. Wir erweiterten unserer Verhaltensparadigma auf kopffixierte Tiere und konnten NREM- und REM-Schlafphasen nach einer längeren Habituation nachweisen. Bemerkenswerterweise waren unsere Befunde für kopffixierte im Vergleich zu sich frei bewegenden Tieren sehr ähnlich, da das konditionierte Geräusch im Vergleich zu neutralen Reizen einen erhöhten Einfluss auf schlafassoziierte Oszillationen hatte. Schließlich untersuchten wir den neuronalen Zusammenhang der auditiven Verarbeitung während des Wachzustands und des Schlafs, wobei wir uns auf den Colliculus Inferior (CI) konzentrierten. Unsere Analysen enthüllten unterschiedliche neuronale Reaktionen auf bedeutungsvolle und neutrale Reize, wobei der bedeutungsvolle Reiz während des Wachzustands, aber nicht während des NREM-Schlafs, höhere Feuerraten auslöste, was auf eine zustandsabhängige neuronale Verarbeitung hinweist. Darüber hinaus zeigten unsere Untersuchungen eine verstärkte zeitliche Musterbildung als Reaktion auf den bedeutungsvollen Reiz während des NREM-Schlafs, was auf eine Rolle des CI bei der Kodierung bedeutungsvoller auditorischer Reize während des Schlafs hindeutet. Insgesamt liefert unsere Studie überzeugende Belege dafür, dass die Bedeutung eines Geräuschs signifikanten Einfluss auf schlafassoziierte Oszillationen sowie zeitliche Muster der neuronalen Aktivität im IC hat. / In this study, we delved into the mechanism and neural structures involved in the auditory gating of meaningful stimuli during sleep. First, we developed a behavioural paradigm in which sounds elicit changes in sleep-associated oscillations in a meaning-dependent manner. Interestingly, these disruptions occurred even at relatively low sound intensities during NREM and REM sleep, highlighting the potent influence of meaningful stimuli on sleep dynamics. Additionally, our exploration of generalization effects using various neutral sound stimuli underlined the broad influence of meaningful sounds on NREM EEG patterns, independent of sound discriminability. We extended our investigation to head-fixed animals, confirming their ability to achieve NREM and REM sleep phases following a prolonged habituation period. Notably, our findings were very similar for head-fixed compared to freely moving animals since the conditioned sound had increased influence on sleep-associated oscillations, compared to neutral stimuli. Finally, we studied the neural correlates of auditory processing during wakefulness and sleep, focusing on the inferior colliculus (IC). Our analyses revealed differential neuronal responses to meaningful and neutral stimuli, with the conditioned sound eliciting higher firing rates during wakefulness but not during NREM sleep, indicating state-dependent neural processing. Furthermore, our investigations unveiled enhanced temporal patterning in response to the conditioned sound during NREM sleep, suggesting a role of the IC in encoding meaningful auditory stimuli during sleep. Overall, our study provides compelling evidence that the meaning of a sound significantly influences sleep-associated oscillations as well as temporal patterning of neural activity in the IC.

Le vieillissement normal s'accompagne de difficultés à suivre les conversations dans les environnements exigeants, par exemple en présence de bruit ou de plusieurs locuteurs. Cet obstacle à la communication augmente le risque d'isolement social. Les aides auditives sont souvent insuffisantes pour réduire adéquatement ces difficultés, suggérant l'implication de mécanismes centraux. L'étiologie complexe de ce déclin demeure incertaine, ce qui limite le développement de nouvelles stratégies pour prévenir ou réduire ces difficultés prévalentes. Des études récentes ont suggéré que le vieillissement de la voie dorsale du langage pourrait être impliqué dans la réduction des capacités de perception de la parole chez les aînés. Ce réseau est notamment responsable de l'analyse acoustique (gyrus temporal supérieur ; STG), phonologique (sulcus temporal supérieur ; STS) et articulatoire (cortex prémoteur ventral ; PMv) de la parole. La contribution de chacune de ces étapes d'analyse au déclin de la perception de la parole chez les aînés demeure toutefois inconnue. La stimulation magnétique transcrânienne (TMS) permet de moduler l'excitabilité corticale et de produire des changements dans des tâches comportementales, incluant des tâches langagières. L'utilisation de la TMS pour augmenter l'excitabilité corticale dans les aires impliquées dans le traitement de la parole pourrait réduire les difficultés de perception de la parole fréquemment rapportées chez les aînés. Toutefois, très peu d'études de neurostimulation ont été réalisées chez les personnes âgées, ce qui limite les connaissances sur le potentiel de ces méthodes pour induire des changements dans le cerveau vieillissant. L'objectif général de cette thèse consistait à déterminer si la TMS excitatrice appliquée à des régions impliquées dans le traitement de la parole pouvait améliorer la performance en perception de la parole dans le bruit chez l'adulte en santé. Le sous-objectif était d'identifier les facteurs qui influencent la réponse à la TMS, dont l'âge, la performance de base, la région stimulée, la variabilité du locuteur et les caractéristiques des régions stimulées (épaisseur corticale et force du signal BOLD). Pour répondre à ces objectifs, deux études ont été réalisées. L'étude 1a incluait l'élaboration d'un test de discrimination de syllabes accompagnée d'un bruit de parole, validé auprès de 21 participant.e.s en santé âgé.e.s de 20 à 85 ans. L'étude 1b incluait des séances de TMS excitatrice (théta-burst intermittentes) au STS et au PMv à partir d'images anatomiques IRM individuelles, auprès d'un second échantillon de 34 participant.e.s âgé.e.s de 32 à 79 ans. Une séance de stimulation placebo (sham) a été effectuée pour obtenir une mesure de performance de base. L'étude 2 incluait 30 participant.e.s âgé.e.s de 21 à 78 ans. Des séances de TMS excitatrices ont été appliquées au vertex (séance sham), au STG, au STS et au PMv en fonction des pics d'activité individuels mesurés durant une séquence d'imagerie magnétique fonctionnelle (1 visite pour l'imagerie et 2 visites pour les séances de TMS). La tâche de discrimination de syllabes dans le bruit incluait deux conditions: dans l'une d'elles, un seul locuteur produisait tous les stimuli (locuteur fixe), alors que dans l'autre, huit locuteurs variaient à travers les essais et à l'intérieur d'un même essai (locuteurs multiples). Les résultats des deux études démontrent un effet négatif de l'âge sur la performance au test de perception de la parole dans le bruit, indépendamment de mesures de l'audition et de la cognition. De plus, l'étude 2 a montré une interaction entre l'âge et la variabilité qui suggérait une réduction de la capacité de normalisation du locuteur chez les aînés. Les analyses des différences de score post-TMS ont révélé que les individus présentant plus de difficultés à la performance de base bénéficient plus de la TMS. De plus, une interaction entre l'âge et l'épaisseur corticale a été observée : les adultes âgés présentant une épaisseur corticale plus faible démontraient de meilleurs bénéfices post-TMS, et cette relation était inversée chez les jeunes adultes. Ces résultats confirment le rôle de la voie dorsale dans les habiletés de PPB et suggèrent qu'une augmentation de l'excitabilité corticale dans ce réseau peut réduire les difficultés de PPB chez l'adulte, mais que le bénéfice potentiel de cette méthode dépend de l'âge et de l'état structurel de ce réseau. Ces connaissances sont essentielles au développement d'interventions basées sur la neurostimulation pour réduire les obstacles à la communication dans la population adulte. / Normal aging is associated with difficulties following conversations in demanding environments, such as in the presence of noise or multiple talkers. These prevalent difficulties hinder communication and increase the risk of social isolation. Hearing aids often prove insufficient in adequately reducing these difficulties, suggesting the involvement of central mechanisms. The etiology of this decline remains uncertain, limiting the development of new strategies to prevent or alleviate these prevalent difficulties. Recent studies have suggested that aging in the dorsal language pathway may be implicated in the reduction of speech perception abilities in older individuals. This network is notably responsible for the acoustic (superior temporal gyrus; STG), phonological (superior temporal sulcus; STS), and articulatory (ventral premotor cortex; PMv) processing of speech. However, the contribution of each of these speech processing stages to speech perception decline in older individuals remains unknown. Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) can modulate cortical excitability and induce changes in behaviour, including language-related behaviours. Using TMS to increase cortical excitability in areas involved in speech processing could reduce the reported speech perception difficulties in older individuals. However, very few neurostimulation studies have been conducted in the elderly, limiting our understanding of the potential of these methods to induce changes in the elder brain. The overall objective of this thesis was to determine if faciliatory TMS applied to regions involved in speech processing could improve speech perception in noise (SPiN) performance in healthy adults. The secondary objective was to identify the factors that influence the response to TMS, including age, baseline performance, talker variability, target region, and their characteristics (cortical thickness and BOLD signal strength). To address these objectives, two studies were conducted. Study 1a involved the development of a syllable discrimination test in speech noise, validated with 21 healthy participants aged 20 to 85. Study 1b included sessions of excitatory TMS (intermittent theta-burst) to the STS and PMv based on individual MRI anatomical images, with a second sample of 34 participants aged 32 to 79. A placebo (sham) stimulation session was performed to obtain a baseline performance measure. Study 2 included 30 participants aged 21 to 78. Faciliatory TMS sessions were applied to the vertex (sham session), STG, STS, and PMv based on individual activity peaks measured during a functional magnetic resonance imaging (fMRI) sequence (1 MRI visit and 2 TMS visits). The syllable discrimination task in noise included two conditions: in one, a single talker produced all stimuli (fixed talker), while in the other, eight talkers varied across trials and within the same trial (multiple talkers). The results of both studies demonstrate a negative effect of age on performance in the SPiN test, independent of hearing and cognitive measures. Furthermore, Study 2 showed an interaction between age and variability on performance, suggesting a reduction in the older individuals' ability to normalize talker variability. Post-TMS difference score analyses revealed that individuals with more difficulty in baseline performance benefited more from TMS. Additionally, an interaction between age and cortical thickness was observed: older adults with lower cortical thickness showed greater post-TMS benefits, while this association was reversed in younger adults. These results confirm the role of the dorsal pathway in speech perception abilities and suggest that increasing cortical excitability in this network can reduce speech perception difficulties in adults, but the extend of the benefit will vary according to age and structural state of this network. This knowledge is essential for the development of neurostimulation-based interventions to reduce communication barriers in the adult population.

La ségrégation séquentielle n'a été que très peu étudiée avec des signaux de parole et il est donc difficile d'évaluer l'implication de ce mécanisme dans la séparation de voix concurrentes. Il est aussi difficile d'identifier les indices qui sont pertinents pour la séparation de signaux de parole, ces indices ayant surtout été étudiés isolément à l'aide de signaux très simples. L'objet de cette thèse est d'étudier les indices perceptifs impliqués dans la ségrégation séquentielle de voyelles différant par leur hauteur fondamentale. Les investigations menées montrent que les indices spectraux de hauteur jouent un rôle dans ce phénomène. En revanche, la périodicité de l'enveloppe temporelle ne semble pas constituer un indice de hauteur exploitable dans le cas de la parole. Enfin, il semble que la capacité des sujets à percevoir ces deux types d'indices ne permette pas d'expliquer l'ensemble des variations de performances des sujets dans une tâche de ségrégation séquentielle de voyelles.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.