In der vorliegenden Arbeit wurde durch die Kombination zweier nichtinvasiver MR-Methoden in vivo untersucht, ob sich die funktionelle Sprachlateralisierung in einer strukturellen Asymmetrie der weißen Substanz widerspiegelt. Dafür wurden die Ergebnisse einer Patientengruppe mit Temporallappenepilepsie mit den Ergebnissen einer gesunden Kontrollgruppe verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass mittels BOLD MRT eine Sprachlateralisierung in der grauen Substanz nachgewiesen werden kann, die mit einem strukturellen Korrelat in der weißen Substanz der sprachdominanten Hemisphäre einhergeht. Dieses Korrelat konnte als Asymmetrie der Mikrostruktur der weißen Substanz in DTI-Messungen belegt werden. Darüber hinaus konnte bewiesen werden, dass Patienten mit einer Temporallappenepilepsie im Vergleich zu gesunden Probanden eine atypische Lateralisierung der Sprachaktivierung im Broca-Areal aufweisen, die von einer gleichsinnig atypischen strukturelle Asymmetrie der weißen Substanz im Broca-Areal begleitet wird. Die These, dass eine funktionelle Sprachlateralisierung mit einer mikrostrukturellen Veränderung der weißen Substanz assoziiert ist, wird durch die vorliegende Arbeit sowohl für die gesunden Kontrollprobanden als auch für die Patienten mit einer fokalen Epilepsie bestätigt. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass DTI-Messungen eine sinnvolle Ergänzung zu BOLD MRT-Messungen in der Bestimmung der sprachrelevanten Areale darstellen können. Sprachlateralisierung könnte mit ihrer Hilfe in Zukunft exakt und nichtinvasiv bestimmt werden. Es stellte sich jedoch auch heraus, dass das in der vorliegenden Arbeit angewendete Verfahren in der Praxis sehr aufwendig ist, ohne eine entschieden höhere Aussagekraft über die Sprachlateralisierung zu erbringen. In dieser Form wird die nichtinvasive Bildgebung den Wada-Test als Goldstandard für den klinischen Alltag noch nicht ersetzen können.

La complexité de la connaissance humaine est révèlée dans l'organisation spatiale et temporelle de la dynamique du cerveau. Nous pouvons connaître cette organisation grâce à l'analyse des signaux dépendant du niveau d'oxygène sanguin (BOLD), lesquels sont obtenus par l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Nous observons des dépendances statistiques entre les régions du cerveau dans les données BOLD. Ce phénomène s' appelle connectivité fonctionnelle (CF). Des modèles computationnels sont développés pour reproduire la connectivité fonctionnelle (CF). Comme les études expérimentales précédantes, ces modèles assument que la CF est stationnaire, c'est-à-dire la moyenne et la covariance des séries temporelles BOLD utilisées par la CF sont constantes au fil du temps. Cependant, des nouvelles études expérimentales concernées par la dynamique de la CF à différentes échelles montrent que la CF change dans le temps. Cette caractéristique n'a pas été reproduite dans ces modèles computationnels précédants. Ici on a augmenté la non-linéarité de la dynamique locale dans un modèle computationnel à grande échelle. Ce modèle peut reproduire la grande variabilité de la CF observée dans les études expérimentales. / The complexity of human cognition is revealed in the spatio-temporal organization of brain dynamics. We can gain insight into this organization through the analysis of blood oxygenation-level dependent (BOLD) signals, which are obtained from functional magnetic resonance imaging (fMRI). In BOLD data we can observe statistical dependencies between brain regions. This phenomenon is known as functional connectivity (FC). Computational models are being developed to reproduce the FC of the brain. As in previous empirical studies, these models assume that FC is stationary, i.e. the mean and the covariance of the BOLD time series used for the FC are constant over time. Nevertheless, recent empirical studies focusing on the dynamics of FC at different time scales show that FC is variable in time. This feature is not reproduced in the simulated data generated by some previous computational models. Here we have enhanced the non-linearity of local dynamics in a large-scale computational model. By enhancing this non-linearity, our model is able to reproduce the variability of the FC found in empirical data.

Le but de ce travail de thèse a été de caractériser in vivo chez l’Homme, la connectivité cérébrale sur son versant fonctionnel, par le biais de deux techniques: la stéréoélectroencéphalographie (SEEG) et l’IRM fonctionnelle (IRMf) de repos. Ces travaux se sont intégrés dans le cadre du bilan préchirurgical des épilepsies du lobe temporal pharmacorésistantes, dont le but est de déterminer la zone épileptogène à réséquer pour traiter ces patients. Alors que plusieurs études en électrophysiologie ont montré que durant les crises, il existait une synchronisation anormalement élevée entre les structures impliquées dans les processus épileptogènes, aucune donnée de connectivité n’était disponible en période intercritique. Pourtant, la période intercritique est le siège d’anomalies interictales enregistrées en EEG, de profonds remaniements morphologiques, et est associée à des troubles cognitifs. Nous apportons avec ce travail, grâce au recueil et au traitement de signaux SEEG et IRMf enregistrés durant la période intercritique, de nouvelles connaissances i) sur l’organisation de la connectivité fonctionnelle basale (CFB) chez les sujets sains ; ii) sur les altérations de la CFB chez des groupes de patients mais également au niveau individuel ; iii) sur le rapport entre ces anomalies de CFB et les troubles cognitifs observés chez ces patients ; iv) enfin, sur les différences et les similitudes de la CFB évaluée par SEEG et IRMf chez les mêmes sujets, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives dans la compréhension des relations entre le signal BOLD et le signal EEG. / The aim of this thesis was to characterize the Human brain functional connectivity in vivo based on signals recorded using stereoelectroencephalography (SEEG) and resting-state functional MRI (fMRI). This work was conducted during the presurgical assessment of drug resistant temporal lobe epilepsy, which aims at determining the epileptogenic zone to be removed to treat these patients. While several electrophysiological studies have shown high synchronization between structures involved in the epileptogenic process during seizure, no similar connectivity data was available during inter-critical period. However, the interictal period is characterized by spikes recorded on EEG, morphological alterations and cognitive impairment. By analyzing fMRI and SEEG signals recorded during the interictal period, this work provides new insights into, i) basal functional connectivity (BFC) organization in healthy subjects, ii) BFC alterations in patients groups but also at the individual level, iii) the relationship between these BFC abnormalities and cognitive impairment observed in these patients; iv) the differences and similarities of BFC evaluated by SEEG and fMRI in the same subjects, thus opening up new perspectives in better understanding of relationships between BOLD and SEEG signal coupling.

This master´s thesis deals with processing and analysis of data, acquired from experimental examination performed with functional magnetic resonance imaging technique. It is an oddball type experimental task and its goal is an examination of cognitive functions of the subject. The principles of functional magnetic resonance imaging, possibilities of experimental design, processing of acquired data, modeling of a response of organism and statistical analysis are described in this work. Furthermore, particular parts of preprocessing and analysis are carried out using real data set from experiment. The main goal of this work is suggestion and realization of model, which enables advanced categorization of stimuli, considering the type of previous rare stimulus and the number of frequent stimuli within them. With its in-depth categorization, this model enables detail exploration of cerebral processes, associated mainly with attention, memory, expectancy or cognitive closure. The second point of that work is an evaluation of models of hemodynamic response, which are applied in statistical analysis of data from fMRI experiment. Comparison of basis functions, the models of hemodynamic response to experimental stimulation used for general linear model, is performed in this work. The result of this comparison is an evaluation of detection efficiency of activated voxels, false positivity rate and computational and user difficulty.

This thesis deals with functional magnetic resonance imaging (fMRI), in particular with dynamic causal modelling (DCM) as one of the methods for effective brain connectivity analysis. It has been studied the effect of signal coordinates selection, which was used as an input of DCM analysis, on its results based on simulated data testing. For this purpose, a data simulator has been created and described in this thesis. Furthermore, the methodology of testing the influence of the coordinates selection on DCM results has been reported. The coordinates shift rate has been simulated by adding appropriate levels of various types of noise signals to the BOLD signal. Consequently, the data has been analyzed by DCM. The program has been supplemented by a graphical user interface. To determine behaviour of the model, Monte Carlo simulations have been applied. Results in the form of dependence of incorrectly estimated connections between brain areas on the level of the noise signals have been processed and discussed.

This diploma thesis deals with an analysis of subject’s movement during measurements with funcional magnetic resonance imaging (fMRI). It focuses on methods of a movement artifacts detection and their removal in fMRI images. Thesis deals with metrics which are used for the movement rate of measured subjects evaluation. Metrics and a correction of movement are implemented into the programme in MATLAB. Comparison of subjects suffering from Parkinson’s disease with a group of healthy control was carried out. Tresholds of individual metrics were suggested and a criterion for the removal of subjects with high movement rate was determined.

本研究以I/B/E/S中2004至2005年所有美國公司為樣本，依財務分析師盈餘預測值與所有財務分析師盈餘預測平均值之差異程度，將財務分析師分類為大膽或膽怯的財務分析師，並依財務分析師盈餘預測發布之時點將財務分析師分類為領導型或從眾型財務分析師。針對財務分析師盈餘預測行為大膽及領導特性，探討時效性領導型財務分析師之盈餘預測是否會較大膽，並進一步研究大膽的財務分析師其盈餘預測準確度是否較高，以及時效性之領導型財務分析師其盈餘預測準確度是否較高。 研究結果發現時效性之領導型財務分析師其盈餘預測行為會較大膽，但大膽的財務分析師其盈餘預測準確度較低，且時效性之領導型財務分析師其盈餘預測準確度並未出現較高的現象。 / Security analysts can be characterized as bold or herding based on the absolute distance between their earnings forecasts and the consensus forecast. Security analysts can also be classified as lead or following based on the timeliness of their earnings forecasts. Based on I/B/E/S annual earnings forecasts of all American companies during the period of 2004-2005, this study addresses the association between bold and lead and the relation between bold forecast and forecast accuracy. In addition, the relation between lead forecast and forecast accuracy is investigated as well. It is shown that lead analysts are bolder than following analysts and boldness likelihood increases with the frequency of analysts’ forecast and declines with the analysts’ prior accuracy. Further, bold analysts’ earnings forecasts are less accurate than herding analysts’ and lead analysts’ earnings forecasts are less accurate than following analysts.

In nature we see a wide variety of bold colors and unique shapes. Trees personify these characteristics with their curved branches creating distinctive lines and shapes. Leaves and blossoms enhance their structures with an array of colors. Trees possess awe inspiring energy. Each tree is a living thing, its growth shaped by its environment.Similarly, my work is a response to the environment. I employ a spontaneous and bold technique in an attempt to capture the energy I perceive in nature. The use of vigorous lines and high keyed contrasting colors with varied textures conveys that trees are living, growing entities, each one unique. I remain open to new ways of expressing this aesthetic so that my work will continue to grow like a tree and evolve.

Nos organes sensoriels sont sous un bombardement permanent d'informations provenant du monde extérieur dont seule une infime fraction est intéressante ou pertinente pour l'individu à chaque instant, comme par exemple le visage d'une personne recherchée au milieu d'une foule. Filtrer et extraire cette information sont des fonctions vitales du cerveau, mais les mécanismes neuronaux qui décident de la réussite ou l'échec de cette épreuve restent partiellement compris. La visée de ce projet est d'étudier la relation entre activité neurale de fond et performance comportementale dans des paradigmes nécessitant différents types d'attention, au moyen de techniques comportementales et de la neuroimagerie fonctionnelle. Le modèle théorique que j'évalue dans cette thèse postule une organisation hiérarchique de ces fonctions avec l'éveil comme fonction basique d'activation physiologique, la vigilance comme fonction intermédiaire et l'attention sélective comme niveau le plus élevé et spécifique. Nous proposons en outre que l'attention sélective et la vigilance emploient deux mécanismes orthogonaux ; ces deux versants du spectre attentionnel seront le focus des deux études expérimentales présentées dans ce manuscrit. Dans les deux cas, il s'agit de chercher un lien entre l'activité neuronale spontanée et la variabilité comportementale à travers des essais répétés.J'ai utilisé le paradigme de Stroop pour opérationnaliser l'attention sélective soumise à la distraction ; la couleur du mot écrit étant la cible et le mot lui-même un distracteur en conflit direct avec cette cible. Les résultats indiquent qu'une activité pré-stimulus plus élevée dans les aires frontales et ventrales pertinentes pertinentes pour la tâche corrèle essai par essai avec des temps de réponse plus rapides ; l’effet inverse est observé dans l’aire liée au traitement de la distraction (i.e. sensible à la forme des mots). De plus, la variabilité comportementale observée à travers les sujets corrèle avec la variabilité de l’effet préstimulus dans ces régions. Pour étudier la vigilance j’ai conçu un paradigme expérimental au cours duquel les sujets ont pour instruction de rapporter tout événement saillant dans la modalité auditive ou visuelle, sans aucun signal préparatoire permettant de prédire l’apparition du prochain stimulus ou sa nature. Confirmant nos résultats précédents, des temps de réactions plus rapides sont associés à une activité pré-stimulus plus élevée dans le réseau cingulo-thalamo-insulaire. De surcroît, une activité plus élevée dans le réseau du mode par défaut (DMN) est également associée à des réponses plus rapides alors que l’activité spontanée du réseau attentionnel dorsal (DAN) n’a aucun effet sur les temps de réaction aux essais visuels et un effet négatif sur ceux des essais auditifs. Des temps de réaction plus rapide sont également associés à une activité pré-stimulus plus élevée dans les aires sensorielles primaires, mais uniquement lorsque la modalité du stimulus subséquent est congruente avec l’aire de traitement sensoriel. Les conclusions générales qui découlent de cette thèse sont donc doubles : d’une part elle confirme la pertinence fonctionnelle des fluctuations neuronales spontanées pour le comportement, d’autre part elle apporte une première identification des structures neuronales impliquées dans la vigilance sans la confondre avec l’attention sélective. / How does the brain manage to efficiently select from the abundance of sensory input that information which is currently relevant, as, for example, a known face in a crowd? Filtering and extracting this information are essential functions of the brain, but the neural mechanisms underlying the success or failure of this cognitive operation are only partially understood. Together, the aim of this project is to study, using behavioral and imaging techniques, the relationship between spontaneous neural activity and behavioral performance in task settings involving several types of attention. The related working model I wish to assess in my thesis is that attentional functions are organized in a hierarchical manner, with arousal as a basic function, alertness as an intermediate function and selective attention as the highest and most specific level. I further propose that selective attention and tonic alertness employ two orthogonal mechanisms, those two sides of the attentional spectrum will be the focus of the two experiments presented in this manuscript. In both studies, our aim was to establish a link between spontaneous fluctuations of brain activity and behavioral variability across repeated trials I used the Stroop paradigm to operationalize selective attention under distraction, the target being the color of the ink in which the word is written, the word itself is then a distractor conflicting with the target. Results indicate that higher prestimulus activity in frontal and ventral regions relevant for the task correlates trial-by-trial with faster reaction times, the opposite effect is found in the area involved in the processing of distracting features (i.e. sensitive to the word form). Moreover, inter-subjects behavioral variability also correlated with the prestimulus effect variability in those regions. To study alertness, I designed an experimental paradigm where subjects are instructed to report whatever salient event occurs in the auditory or visual modality during the recording, without any preparatory cue allowing them to predict the timing or type of an upcoming stimulus. Confirming our previous results, faster reaction times were associated with a higher prestimulus activity in the cingulo-thalamo-insular network. Furthermore, higher prestimulus activity in the default mode network (DMN) was also tied to faster responses whereas dorsal attention network (DAN) activity was overall irrelevant and, on auditory trials, even detrimental to performance. Similarly, higher prestimulus activity in the primary sensory cortices was associated with faster responses, but those effects were confined to the respective modality or, for visual trials, most pronounced in the relevant retinotopic representation. The general conclusions resulting from this thesis are two-fold: first, it confirms the functional relevance of spontaneous neuronal fluctuations for behavior; on the other hand, it brings a first identification of the brain structures involved in alertness, without confusing it with selective attention.

Cerebral autoregulation is an intrinsic physiological response that maintains a constant cerebral blood flow (CBF) despite dynamic changes in the systemic blood pressure. Autoregulation is achieved through changes in the resistance of the small blood vessels in the brain through reflexive vasodilatation and vasoconstriction. Cerebrovascular reactivity (CVR) is a measure of this response. CVR is defined as a change in CBF in response to a given vasodilatory stimulus. CVR therefore potentially reflects the vasodilatory reserve capacity of the cerebral vasculature to maintain a constant cerebral blood flow. A decrease in CVR (which is interpreted as a reduction in the vasodilatory reserve capacity) in the vascular territory downstream of a larger stenosed supply artery correlates strongly with the risk of a hemodynamic stroke. As a result, the use of CVR studies to evaluate the state of the cerebral autoregulatory capacity has clinical utility. Application of CVR studies in the clinical scenario depends on a thorough understanding of the normal response. The goal of this thesis therefore was to map CVR throughout the brain in normal healthy individuals using Blood Oxygen Level Dependant functional Magnetic Resonance Imaging (BOLD MRI) as an index to CBF and precisely controlled changes in end-tidal partial pressure of carbon dioxide (PETCO2) as the global flow stimulus.