La lecture de phrases évoquant un contexte émotionnel engendre un modèle mental de situation émotionnel. Le but de cette thèse était d’étudier les conséquences électrophysiologiques et comportementales de la détection d’une expression faciale émotionnelle ne correspondant pas à l’attente créée par un modèle de situation émotionnel. Nous avons également étudié la manière dont l’empathie autoévaluée (à l’aide du questionnaire EQ ; Baron-Cohen et Wheelwright, 2004) pouvait affecter la manière dont cette incongruité pragmatique émotionnelle était traitée. Les résultats comportementaux ont montré, chez 32 participants, que l’incongruité pragmatique émotionnelle est plus difficile à détecter que la congruité pragmatique émotionnelle (plus d’erreurs de reconnaissance et des temps de réponses allongés). L’allongement des temps de réponses en condition incongrue était d’autant plus grand que les habiletés sociales (mesurées à l’aide du questionnaire EQ) des participants étaient faibles. Les potentiels évoqués neuroélectriques affectés par l’incongruité pragmatique émotionnelle étaient la N400, la LPN et, de manière marginale, la P300. L’activité neuroélectrique évoquée dans la fenêtre temporelle de la N400 n’était pas affectée de la même manière par l’incongruité émotionnelle, selon le score à la sous-échelle EQ d’empathie cognitive des participants. Enfin, nous avons testé si les patients schizophrènes pouvaient valider les prérequis nécessaires au traitement de l’incongruité pragmatique émotionnelle (effectuer une simulation émotionnelle et catégoriser une expression faciale émotionnelle). D’après nos résultats, ces prérequis peuvent être remplis, même s’ils semblent affectés par la pathologie, en particulier en ce qui concerne la catégorisation des visages neutres. En conclusion, cette thèse a permis de mieux comprendre les mécanismes de la détection de l’incongruité émotionnelle et de mettre en valeur son importance sociale. / Reading sentences setting up an emotional context generates a mental model of the emotional situation. The aim of this thesis was to study the electrophysiological and behavioral consequences of the detection of an emotional facial expression that does not match the expectancy created by an emotional situation model. We have also studied how self-reported empathy (measured with the EQ, Baron-Cohen and Wheelwright, 2004) could affect the way this pragmatic emotional incongruence was processed. Behavioral results among 32 participants evidenced that pragmatic emotional incongruence was harder to detect that pragmatic emotional congruence (more recognition errors, longer response times). Response times increased with decrease in the social skills (subscale score at the EQ questionnaire). The neuroelectrical event-related potentials affected by pragmatic emotional incongruence were the N400, the LPN and, marginally, the P300. The neuroelectrical evoked activity in the N400 time window was modulated by participants’ score at the cognitive empathy EQ scale. Finally, we checked if schizophrenic patients could validate prerequisites needed in order to process pragmatic emotional incongruence (perform an emotional simulation and categorize an emotional facial expression). According to our results, these prerequisites could be filled, even if they appear to be affected by the pathology, in particular as regards the categorization of neutral faces. To conclude, this thesis improved our current understanding of the underlying mechanisms of emotional incongruence detection and underlies its social importance.

In der vorliegenden Untersuchung wurde ein arbeitspsychologisches Problem thematisiert, dass in Mensch-Maschine-Systemen auftritt. <br /> In Mensch-Maschine-Systemen werden Informationen in kodierter Form ausgetauscht. Diese inhaltlich verkürzte Informationsübertragung hat den Vorteil, keine lange Zustandsbeschreibung zu benötigen, so dass der Mensch auf die veränderten Zustände schnell und effizient reagieren kann. Dies wird aber nur dann ermöglicht, wenn der Mensch die kodierten Informationen (Kodes) vorher erlernten Bedeutungen zuordnen kann. Je nach Art der kodierten Informationen (visuelle, akustische oder alphanumerische Signale) wurden Gestaltungsempfehlungen für Kodealphabete entwickelt. <br /> Für Operateure resultiert die mentale Belastung durch Dekodierungsprozesse vor allem aus dem Umfang des Kodealphabetes (Anzahl von Kodezeichen), der wahrnehmungsmäßigen Gestaltung der Kodes und den Regeln über die Zuordnung von Bedeutungen zu Kodezeichen. <br /> <br /> Die Entscheidung über die Güte von Kodealphabeten geschieht in der Arbeitspsychologie in der Regel über Leistungsindikatoren. Dies sind üblicherweise die zur Dekodierung der Kodes benötigte Zeit und dabei auftretende Zuordnungsfehler. Psychophysiologische Daten werden oft nicht herangezogen.<br /> Fraglich ist allerdings, ob Zeiten und Fehler allein verlässliche Indikatoren für den kognitiven Aufwand bei Dekodierungsprozessen sind, da im hochgeübten Zustand bei gleichen Alphabetlängen, aber unterschiedlicher Kodezeichengestaltung sich häufig die mittleren Dekodierungszeiten zwischen Kodealphabeten nicht signifikant unterscheiden und Fehler überhaupt nicht auftreten. <br /> Die in der vorliegenden Arbeit postulierte Notwendigkeit der Ableitung von Biosignalen gründet sich auf die Annahme, dass mit ihrer Hilfe zusätzliche Informationen über die mentale Beanspruchung bei Dekodierungsprozessen gewonnen werden können, die mit der Erhebung von Leistungsdaten nicht erfasst werden. Denn gerade dann, wenn sich die Leistungsdaten zweier Kodealphabete nicht unterscheiden, können psychophysiologische Daten unterschiedliche Aspekte mentaler Beanspruchung erfassen, die mit Hilfe von Leistungsdaten nicht bestimmt werden können. <br /> Daher wird in Erweiterung des etablierten Untersuchungsansatzes vorgeschlagen, Biosignale als dritten Datenbereich, neben Leistungsdaten und subjektiven Daten mentaler Beanspruchung, abzuleiten, um zusätzliche Informationen über die mentale Beanspruchung bei Dekodierungsprozessen zu erhalten.<br /> Diese Annahme sollte mit Hilfe der Ableitung von Biosignalen überprüft werden. <br /> <br /> Der Begriff mentaler Beanspruchung wird in der bisherigen Literatur nur unzureichend definiert und differenziert. Daher wird zur Untersuchung dieses Konzepts, die wissenschaftliche Literatur berücksichtigend, ein erweitertes Modell mentaler Beanspruchung vorgestellt.<br /> Dabei wird die mentale Beanspruchung abgegrenzt von der emotionalen Beanspruchung. Mentale Beanspruchung wird weiterhin unterschieden in psychomotorische, perzeptive und kognitive Beanspruchung. Diese Aspekte mentaler Beanspruchung werden jeweils vom psychomotorischen, perzeptiven oder kognitiven Aufwand der zu bearbeitenden Aufgabe ausgelöst.<br /> <br /> In der vorliegenden Untersuchung wurden zwei zentrale Fragestellungen untersucht:<br /> Einerseits wurde die Analyse der anwendungsbezogenen Frage fokussiert, inwieweit psychophysiologische Indikatoren mentaler Beanspruchung über die Leistungsdaten (Dekodierungszeiten und Fehleranzahl) hinaus, zusätzliche Informationen zur Bestimmung der Güte von Kodealphabeten liefern. <br /> Andererseits wurde der Forschungsaspekt untersucht, inwieweit psychophysiologische Indikatoren mentaler Beanspruchung die zur Dekodierung notwendigen perzeptiven und kognitiven Aspekte mentaler Beanspruchung differenzieren können. Emotionale Beanspruchung war nicht Gegenstand der Analysen, weshalb in der Operationalisierung versucht wurde, sie weitgehend zu vermeiden. Psychomotorische Beanspruchung als dritter Aspekt mentaler Beanspruchung (neben perzeptiver und kognitiver Beanspruchung) wurde für beide Experimentalgruppen weitgehend konstant gehalten.<br /> <br /> In Lernexperimenten hatten zwei anhand eines Lern- und Gedächtnistests homogenisierte Stichproben jeweils die Bedeutung von 54 Kodes eines Kodealphabets zu erwerben. Dabei wurde jeder der zwei unahbhängigen Stichproben ein anderes Kodealphabet vorgelegt, wobei sich die Kodealphabete hinsichtlich Buchstabenanzahl (Kodelänge) und anzuwendender Zuordnungsregeln unterschieden. Damit differierten die Kodealphabete im perzeptiven und kognitiven Aspekt mentaler Beanspruchung.<br /> Die Kombination der Abkürzungen entsprach den in einer Feuerwehrleitzentrale verwendeten (Kurzbeschreibungen von Notfallsituationen). In der Lernphase wurden den Probanden zunächst die Kodealphabete geblockt mit ihren Bedeutungen präsentiert. <br /> Anschließend wurden die Kodes (ohne deren Bedeutung) in sechs aufeinanderfolgenden Prüfphasen randomisiert einzeln dargeboten, wobei die Probanden instruiert waren, die Bedeutung der jeweiligen Kodes in ein Mikrofon zu sprechen. <br /> Während des gesamten Experiments wurden, neben Leistungsdaten (Dekodierungszeiten und Fehleranzahl) und subjektiven Daten über die mentale Beanspruchung im Verlauf der Experimente, folgende zentralnervöse und peripherphysiologische Biosignale abgeleitet: Blutdruck, Herzrate, phasische und tonische elektrodermale Aktivität und Elektroenzephalogramm. Aus ihnen wurden zunächst 13 peripherphysiologische und 7 zentralnervöse Parameter berechnet, von denen 7 peripherphysiologische und 3 zentralnervöse Parameter die statistischen Voraussetzungen (Einschlusskriterien) soweit erfüllten, dass sie in die inferenzstatistische Datenanalyse einbezogen wurden.<br /> <br /> Leistungsdaten und subjektive Beanspruchungseinschätzungen der Versuchsdurchgänge wurden zu den psychophysiologischen Parametern in Beziehung gesetzt. Die Befunde zeigen, dass mittels der psychophysiologischen Daten zusätzliche Erkenntnisse über den kognitiven Aufwand gewonnen werden können.<br /> <br /> Als weitere Analyse wurden die Kodes post hoc in zwei neue Kodealphabete eingeteilt. Ziel dieser Analyse war es, die Unterschiede zwischen beiden Kodealphabeten zu erhöhen, um deutlichere reizbezogene psychophysiologische Unterschiede in den EEG-Daten zwischen den Kodealphabeten zu erhalten. Dazu wurde diejenigen, hinsichtlich ihrer Bedeutung, parallelen Kodes in beiden Kodealphabeten ausgewählt, die sich in der Dekodierungszeit maximal voneinander unterschieden. Eine erneute Analyse der EEG-Daten erbrachte jedoch keine Verbesserung der Ergebnisse.<br /> <br /> Drei Hauptergebnisse bezüglich der psychophysiologischen Parameter konnten festgestellt werden:<br /> Das erste Ergebnis ist für die psychophysiologische Methodik bedeutsam. Viele psychophysiologische Parameter unterschieden zwischen den Prüfphasen und zeigen damit eine hinreichende Sensitivität zur Untersuchung mentaler Beanspruchung bei Dekodierungsprozessen an. Dazu gehören die Anzahl der spontanen Hautleitwertsreaktionen, die Amplitude der Hautleitwertsreaktionen, das Hautleitwertsniveau, die Herzrate, die Herzratendifferenz und das Beta-2-Band des EEG. Diese Parameter zeigen einen ähnlichen Verlauf wie die Leistungsdaten. Dies zeigt, dass es möglich ist, die hier operationaliserte Art mentaler Beanspruchung in Form von Dekodierungsprozessen psychophysiologisch zu analysieren.<br /> <br /> Ein zweites Ergebnis betrifft die Möglichkeit, Unterschiede mentaler Beanspruchung zwischen beiden Gruppen psychophysiologisch abzubilden:<br /> Das Hautleitwertsniveau und das Theta-Frequenzband des Spontan-EEG zeigten Unterschiede zwischen beiden Stichproben von der ersten Prüfphase an. Diese Parameter indizieren unterschiedlichen kognitiven Aufwand in beiden Stichproben über alle Prüfphasen.<br /> <br /> Das wichtigste Ergebnis betrifft die Frage nach einem Informationsgewinn bei Einsatz psychophysiologischer Methoden zur Bewertung der Güte von Kodealphabeten: <br /> Einen tatsächlichen Informationsgewinn gegenüber den Leistungsdaten zeigte die Amplitude der elektrodermalen Aktivität und die Herzraten-Differenz an. Denn in den späteren Prüfphasen, wenn sich die Leistungsdaten beider Kodealphabete nicht mehr unterschieden, konnten unterschiedliche Ausprägungen dieser psychophysiologischen Parameter zwischen beiden Kodealphabeten verzeichnet werden. Damit konnten unterschiedliche Aspekte mentaler Beanspruchung in beiden Kodealphabeten in den späteren Prüfphasen erfasst werden, in denen sich die Leistungsdaten nicht mehr unterschieden. <br /> <br /> Alle drei Ergebnisse zeigen, dass es, trotz erheblichen technischen und methodischen Aufwands, sinnvoll erscheint, bei der Charakterisierung mentaler Belastungen und für die Gestaltung von Kodealphabeten auch psychophysiologische Daten heranzuziehen, da zusätzliche Informationen über den perzeptiven und kognitiven Dekodierungsaufwand gewonnen werden können. / In this study a problem from the work psychology was focussed, which appears in human-machine systems.<br /> In human-machine systems informations were exchanged as codes. Using this kind of shortened information transmission needs no long description of the system state, so that the operator can react to the changed system state in a quick and efficient way. This is possible only in this case, if the operator has learned the meaning of the codes before. For the different kinds of coded informations (visual, acoustic or alphanumeric signals) special recommendations for their design were developed.<br /> Mental workload caused by decoding processes resulting from the size of the code alphabet, the percepted design of the codes, and the rules about the allocation of code meanings.<br /> <br /> The decision about the validity of code alphabets in work psychology is normally made by indicators of performance, which are the decoding times and decoding mistakes. Nearly all studies do not refer to psychophysiological data. <br /> It is questioned, if times and mistakes alone are valid indicators for the cognitive cost, because in well learned state and for the same size of the code alphabet but different design of the codes, the decoding times between code alphabets are not significantly different, and mistakes do not appear.<br /> This study postulates a necessity for the registration of psychophysiological data, so that additionally informations, which are not included in the performance data, can be examined. If the performance data does not differ between two code alphabets, psychophysiological data measures different aspects of mental workload, which could not be detected by performance data. To enlarge the established approach, it is recommended to registrate biosignals as a third domain of data to get additional informations about decoding processes.<br /> These hypotheses should be verified by registration of biosignals.<br /> <br /> There are vague definitions and deficient differentiations of the concept of mental workload in the scientific publications. To examine mental workload an enlarged model of mental workload is presented. Mental workload is delimited from emotional strain. Furthermore mental workload is differentiated in psychomotoric, perceptive, and cognitive aspects. These aspects of mental workload are caused by the psychomotoric, perceptive, and cognitive cost, which are initiated by the assigned task.<br /> <br /> Two main questions were examined in this study. <br /> First question refers to applied research. Do psychophysiological indicators of mental workload provide more information about the validity of code alphabets than performance data?<br /> The second question refers to what extent psychophysiological indicators of mental workload necessary for the decoding process could differentiate the perceptive and cognitive aspects of mental workload. <br /> <br /> >The emotional strain was not the objective of this study, therefore it was excluded from the experimental design.<br /> Psychomotoric workload as the third aspect of mental workload was a constant value for both experimental samples.<br /> <br /> In two learning experiments two samples with identical habituational memory performance were instructed to learn the meaning of 54 codes of a code alphabet. Both samples was presented another code alphabet, which differed in the number of included letters and the allocation rules. Thus the two code alphabets differed in the perceptive and in the cognitive aspect of mental workload.<br /> The combination of abbreviations was comparable to those used in a fire station. In a learning phase the code alphabets were presented with their meanings. Afterwards the codes were presented without their meanings in six following tests phases. Subjects were instructed to answer in a microphone. <br /> During the whole experiment performance data, subjective data of perceived strain, and psychophysiological data were registrated. The psychophysiological data contained: blood pressure, heart rate, phasic and tonic electrodermal activity, and the EEG. Thirteen peripherphysiological and seven EEG parameters were extracted from these raw data. Seven peripherphysiological and three EEG parameters accomplished the statistical premises and were included to further statistical analysis.<br /> Performance data and subjective data were set in relation to the psychophysiological parameters. The outcomes showed that using psychophysiological data generate additional informations about the cognitive cost.<br /> <br /> For further analysis the code items were divided into two new code alphabets. The intention of this analysis was to maximize the difference between the two code alphabets to get more stimuli based psychophysiological differences in the EEG data. This analysis included those pairs of codes with identical meaning and maximum difference in their decoding time. This further analysis did not improve the outcomes. <br /> <br /> Three main outcomes in respect to the psychophysiological data were detected. <br /> The first one is an important outcome for psychophysiological methodology. Many psychophysiological parameters differ between the test phases and thus show a sufficient sensitivity to examine mental workload in decoding processes. The number of spontaneous electrodermal responses, the amplitude of electrodermal responses, the electrodermal level, the heart rate, the heart rate difference, and the beta-2 frequency band of the EEG belong to these parameters. These parameters show a similar distribution like performance data. This shows the possibility of the operationalized mental workload through decoding processes analysable with psychophysiological methods.<br /> A second outcome concerns the possibility to show differences in mental workload between both samples in psychophysiological parameters:<br /> The electrodermal level and the theta frequency band of the EEG showed differences between both samples beginning from the first test phase. These parameters indicate different cognitive cost in both samples in all test phases.<br /> <br /> The most important outcome regards to the profit of information by using psychophysiological methods to test the validity of code alphabets. The amplitude of the electrodermal responses and the heart rate difference shows a surplus of information compared to performance data. Thus in later test phases, in which the performance data did no longer differ, different characteristics of psychophysiological parameters between both code alphabets were registrated. Therefore different aspects of mental workload could be quantified.<br /> <br /> All three outcomes showed that, nevertheless of the considerable technical and methodological expenditure, it is reasonable to use psychophysiological data to design code alphabets, because it supplies additional information about the perceptional and cognitive cost of the decoding processes.

Severe motor vehicle accidents (MVAs) represent one of the most often occurring psychological traumas, and are a leading cause of Posttraumatic Stress Disorder (PTSD). However, not all persons develop PTSD after traumatic events and a great proportion of patients who show symptoms initially recover over time. This has stimulated research of psychological and biological factors that explain development and maintenance of the disorder. Fortunately, this highly distressing condition can be effectively treated, e.g. via cognitive behavioral therapy (CBT). However, brain mechanisms underlying changes due to psychological therapy in PTSD are almost unknown (Roffman, Marci, Glick, Dougherty, &amp; Rauch, 2005). On the other hand there are observations of positive changes following trauma called Posttraumatic Growth (PTG), which have stimulated research of associated psychological processes and factors. However, there is a lack of research about the relation of biological variables (e.g. measures of brain function) and PTG. Theories of brain asymmetry and emotion (Davidson, 1998b, 2004b; Heller, Koven, &amp; Miller, 2003) propose that asymmetries of brain activation are related to certain features of human emotion (e.g. valence, approach or withdrawal tendencies, arousal). Whereas an enormous increase in the understanding of structural and functional abnormalities in PTSD could be achieved in the last decades due to neuroimaging research, there are still numerous unanswered questions. Especially, there is only little research explicitly examining activation asymmetries in PTSD. Furthermore, as mentioned, research is sparse investigating alterations of brain function that are associated with successful psychological treatment of PTSD. Finally, there is no published study examining how measures of brain function are related to PTG. This thesis presents 3 studies investigating electroencephalographic (EEG) asymmetries in survivors of severe motor vehicle accidents. The first part of the thesis (chapter 2) is devoted to a literature review about description (chapter 2.1), epidemiology (chapter 2.2 and 2.3), risk factors (chapter 2.4), psychological theories (chapter 2.5), biological mechanisms particularly neuroimaging findings (chapter 2.6), and treatment of PTSD (chapter 2.7.). Chapter 2.8 gives a short review on definition and research of Posttraumatic Growth. Chapter 2.9 provides an overview of models and research regarding brain asymmetry and emotion. In chapter 3.1, a study is presented that investigated hemispheric asymmetries (EEG alpha) among MVA survivors with PTSD, with subsyndromal PTSD, and without PTSD as well as non-exposed healthy controls during a baseline condition and in response to neutral, positive, negative, and trauma-related pictures (study I). Next, the findings of study II are presented (chapter 3.2). This study examined the effect of cognitive behavioral therapy on measures of EEG activity. Therefore, EEG activity before and after CBT in comparison to an assessment only Wait-list condition was measured. In chapter 3.3 a correlational study (study III) is presented that examined the relationship between frontal brain asymmetry and selfreported posttraumatic growth after severe MVAs. Finally, in chapter 4 the findings are summarized and discussed with respect to (1) the state/trait debate in frontal asymmetry research and (2) current psychological theories of PTSD and PTG. In addition, the use of neuroscientific research for psychotherapy is discussed. Suggestions are presented for future goals for “brain” research of PTSD and treatment of PTSD. / Schwere Verkehrsunfälle stellen eines der am häufigsten vorkommenden psychologischen Traumata dar, und sind eine Hauptursache der Posttraumatischen Belastungsstörung (PTBS). Jedoch entwickeln nicht alle Personen nach traumatischen Ereignissen eine PTBS und bei einem Großteil remittieren anfängliche PTBS-Symptome. Dies stimulierte die Erforschung von psychologischen und biologischen Faktoren, die die Entstehung und Aufrechterhaltung der PTBS erklären. Glücklicherweise kann die PTBS effektiv, z.B über die kognitive Verhaltenstherapie (KVT), behandelt werden. Jedoch sind Gehirnmechanismen, die mit klinischen Änderungen aufgrund der psychologischen Therapie in PTSD einhergehen, nahezu unbekannt (Roffman, Marci, Glick, Dougherty, Rauch, 2005). Auf der anderen Seite gibt es Berichte von positiven Änderungen nach traumatischen Ereignissen, die als Posttraumatische Reifung (PTR) bezeichent werden. Dies hat in kürzerer Vergangenheit die Forschung von verbundenen psychologischen Prozessen und Faktoren stimuliert. Jedoch gibt es kaum Untersuchungen über die Beziehung von biologischen Variablen (z.B Messungen der Gehirnfunktion) und PTR. Diese Arbeit präsentiert 3 Studien, die electroenzephalographische (EEG) Asymmetrien bei Opfern schwerer Verkehrsunfälle untersuchten. Der erste Teil der Arbeit (Kapitel 2) widmet sich einer Literaturrezension über: die Beschreibung (Kapitel 2.1), Epidemiologie (Kapitel 2.2 und 2.3), Risikofaktoren (Kapitel 2.4), psychologische Theorien (Kapitel 2.5), biologische Mechanismen besonders Neuroimaging Ergebnisse (Kapitel 2.6), und Behandlung der PTBS (Kapitel 2.7.). Kapitel 2.8 gibt einen kurzen Überblick über die Definition und Forschung zur Posttraumatischen Reifung. Kapitel 2.9 gibt eine Übersicht zu aktuellen Modellen und empirischen Befunden bezüglich Gehirnasymmetrien und Emotionen. Kapitel 3.1 präsentiert eine Studie, in der hemisphärische Asymmetrien (im EEG-Alpha Band) bei Unfallopfern mit PTBS, subsyndromaler PTBS, und ohne PTBS sowie gesunden Kontrollpersonen ohne Unfall untersucht wurden: während einer Ruhemessung und einer Emotionsinduktions-bedingung (neutrale, positive, negative und trauma-spezifische Bilder) (Studie I). Danach werden die Ergebnisse der Studie II (Kapitel 3.2) präsentiert. Hier wurde die Wirkung der kognitiven Verhaltenstherapie auf Messungen der EEG-Aktivität untersucht. Deshalb wurde EEG-Aktivität vor und nach einer KVT im Vergleich mit einer Warten-Gruppe gemessen. Kapitel 3.3 präsentiert eine Korellationsanalyse (Studie III), bei der die Beziehung zwischen der frontalen Gehirnasymmetrie und posttraumatischer Reifung untersucht wurde. Am Ende der Arbeit (Kapitel 4) werden die Ergebnisse zusammengefasst und in Bezug auf (1) die state/trait-Debatte im Rahmen der Asymmetrie-Forschung diskutiert sowie (2) ein Bezug zu aktuellen psychologische Theorien von PTSD und PTG hergestellt. Außerdem wird der Nutzen von neurobiologischer Forschung für die Psychotherapie besprochen. Dabei werden Vorschläge für zukünftige Projekte für die &quot;Gehirn&quot;-Forschung im Zusammenhang mit der PTBS, deren Behandlung und PTG gemacht.

La sclérose tubéreuse de Bourneville (STB) est une maladie génétique et multi-systémique à transmission autosomique dominante due à des mutations d’un gène TSC1 ou TSC2 qui codent respectivement pour hamartine et tuberine ayant une action inhibitrice sur la voie de signalisation mTOR. L’épilepsie précoce et pharmacorésistante est la manifestation neurologique la plus fréquente et la plus délétère de la STB. Elle débute souvent dans la première année de vie par des spasmes infantiles qui évoluent avec l’âge et en absence de traitement vers des crises toniques ou tonico-cloniques. Bien que les crises soient supposées être générées dans des tubers corticaux, les mécanismes de l’épilepsie ne sont pas bien élucidés et le traitement reste souvent inefficace. Des études morphologiques ont montré une altération de l’expression ARNm des récepteurs au glutamate dans les cellules géantes et les neurones dysplasiques des tubers, mais leur implication fonctionnelle restait à montrer. Les différentes sous-unités NMDA ont une expression âge-dépendante et région-spécifique, les plus grands changements survenant au début de la vie quand l’épilepsie de la STB apparaît. Ce travail avait pour but d’étudier à l’aide de méthodes électrophysiologiques in vitro et in vivo l’expression fonctionnelle des sous-unités NMDA aberrantes et de déterminer leur rôle dans l’épileptogènese chez les souris hétérozygotes Tsc1+/- et sur le tissu humain STB post-opératoire. Nous avons pu démontrer que : i) Les souris hétérozygotes pour le gène Tsc1 sont spontanément épileptiques in vivo et in vitro dans une courte fenêtre dévelopmentale de P9 à P18. ii) Elles présentent une altération d’expression des récepteurs NMDA couche-spécifique et mTOR dépendante avec une surexpression des sous-unités GluN2C/D dans la couche 4 et 2/3 et GluN2B dans les couches 2/3. Cette expression anormale est prévenue par l’administration d’un inhibiteur de la voie mTOR, la rapamycine. iii) Les mêmes altérations d’expression des récepteurs NMDA, sont montrées sur les tissus post-opératoires, non seulement de tubers de STB mais aussi des dysplasies corticales focales (DCF), ces deux malformations ayant des similarités étiologiques et physiopathologiques. iv) La RT-PCR quantitative confirme une expression excessive de GluN2C dans le cortex de souris Tsc1+/- et sur le tissu humain des tubers et DCF. v) Les décharges épileptiques chez la souris Tsc1+/- sont générées dans la couche granulaire 4 du cortex avant de se propager vers les couches superficielles et les couches profondes, empruntant ainsi les microcircuits corticaux. vi) L’expression excessive de la sous-unité GluN2C dans le cortex contribue à l’hyperexcitabilité neuronale chez la souris Tsc1+/- et sur des tissus humains de tubers et de DCF puisque les crises et les décharges sont bloquées par les antagonistes sélectifs de GluN2C/D. vii) Les crises chez la souris Tsc1+/- suivent une séquence âge-dépendante évoluant du type «spasms-like» vers «tonic-clonic like», rappelant celle de l’épilepsie humaine, avec deux pics de haute incidence de crises à P13 et P16 correspondant chez l’homme respectivement l’âge des spasmes infantiles et celui des crises toniques. L’évolution avec l’âge du délai de propagation inter-hémisphérique pourrait contribuer à ce changement de types de crises. Ces résultats montrent donc pour la première fois qu’une happloinsuffisance pour le gène Tsc1 chez les souris Tsc1+/- sans tubers suffit à produire une altération de l’expression des récepteurs NMDA de manière mTOR dépendante et contribuer ainsi à l’épileptogènese dans la STB. La souris Tsc1+/- est le premier modèle génétique sans anomalies morphologiques présentant une épilepsie spontanée qui évolue des spasmes vers des crises toniques et tonico-cloniques. Néanmoins cette épilepsie diffère de l’épilepsie humaine de la STB par l’absence de crises focales et de pharmacorésistance, ce qui pourrait être expliqué par l’absence de tubers chez la souris Tsc1+/-. (...) / Tuberous sclerosis complex (TSC) is a genetic multisystemic disease with autosomal dominant transmission due to mutations in a gene TSC1 or TSC2 respectively which encode hamartin and tuberin proteins having an inhibitory action on the mTOR signaling pathway. Early refractory epilepsy is the most common and most deleterious neurological manifestation. The epilepsy often begins in the first year of life by infantile spasms that change in the lack of treatment to tonic or tonic-clonic seizures in age-dependent manner. Although seizures are thought to be generated in cortical tubers, epilepsy mechanisms are not well understood and treatment is often ineffective. Morphological studies showed the altered expression of glutamate receptor mRNA in the giant cells and dysplastic neurons of tubers, but their functional involvement remains unknown. The different NMDA subunits have an age-dependent and region-specific expression, the greatest changes occurring early in life when the TSC epilepsy appears. This work aimed to study the functional expression of aberrant NMDA subunits expression and their role in the epileptogenesis in heterozygous Tsc1+/- mice and post-surgical human tissue of TSC patients using in vitro and in vivo electrophysiological methods. The study reveal that: i) Heterozygous tuber-free Tsc1+/- mice show spontaneous epilepsy in vivo and in vitro in a short developmental window from P9 to P18. ii) These mice exhibit an altered NMDA receptor expression in mTOR dependent and layer-specific manner with GluN2C/D subunits overexpression in layers 4 and 2/3, and GluN2B ovexpression in layers 2/3. This abnormal NMDA receptors expression is prevented by the administration of an mTOR inhibitor, rapamycin. iii) The same alterations of NMDA receptors’ expression are shown in post-surgical tissues not only in tubers from TSC patients, but also in focal cortical dysplasia (FCD), these two malformations sharing etiological and pathophysiological similarities. iv) Quantitative RT-PCR confirms the excessive GluN2C subunit expression in Tsc1+/- mouse cortex and human tissue of tubers and DCF. v) Epileptic discharges in Tsc1+/- mice are generated in the granular layer 4 of the cortex before spreading to the superficial and then to deep layers, thus borrowing the cortical microcircuits. vi) Excessive expression of GluN2C subunit in the cortex contributes to neuronal hyperexcitability in Tsc1+/- mice, as well as in human tubers and DCF tissues, since epileptic discharges are blocked by selective GluN2C/D antagonists. vii) Seizures in Tsc1+/- mice follow the age-dependent sequence, evolving from "spasms-like" to "tonic-clonic like" thus reminding the human epilepsy, with two peaks of highest seizure incidence at P13 and P16 corresponding respectively to age of infantile spasms and of tonic seizures in human. The age-dependent evolution of interhemispheric propagation delay could contribute to this change in seizure type. These results show for the first time that TSC1 happloinsuffisancy in tuber-free Tsc1+/- mice is sufficient to produce an alteration in NMDA receptor expression in an mTOR dependent manner, and thus contributes to epileptogenesis in TSC. The Tsc1+/- mouse line is the first genetic model of TSC without morphological abnormalities presenting with early spontaneous seizures which evolves from “spasms-like” to “tonic-clonic like” seizures. However, the epilepsy in Tsc1+/- mice differs from human TSC epilepsy by the absence of focal seizures and of drug-resistance. Both could be explained by the lack of tubers in the Tsc1+/- mice. It remains to determine whether the expression of GluN2C subunit is also transitional in Tsc1+/- mice and whether other factors contribute to determine the age-dependent epilepsy. This study opens new therapeutic perspectives of TSC epilepsy targeting GluN2C subunit of NMDA receptors.

Le sommeil est essentiel au bon fonctionnement de l’organisme. Ce dernier est régulé, entre autres, par le processus de régulation homéostatique qui dépend de la pression de sommeil accumulée suite à l’éveil. Des études ont suggéré que ce processus pourrait être lié à la plasticité synaptique, et que le changement de la pression de sommeil affecterait le degré de plasticité du cerveau. Les récepteurs N-méthyl-D-aspartate, des médiateurs importants de plasticité, semblent impliqués dans les conséquences délétères du manque de sommeil ainsi que dans la régulation de la synchronisation corticale caractéristique du sommeil lent profond. Leur activité est contrôlée par Neuroligine 1 (NLGN1), une molécule d’adhésion synaptique. Une mutation de Nlgn1 a des effets similaires à ceux de la privation de sommeil sur la mémoire et le comportement. Dans le manuscrit de mon mémoire, nous présentons l’hypothèse d’une implication de NLGN1 dans la régulation du sommeil et de l’éveil. Pour tester cette hypothèse, l’expression d’ARNm et de protéine NLGN1 a été mesurée suite à une privation de sommeil et le sommeil de souris n’exprimant pas NLGN1 a été caractérisé. Les résultats de mon projet de maîtrise montrent, en premier lieu, qu’une augmentation de la pression pour dormir altère l’expression de l’ARNm et de la protéine NLGN1 chez la souris. De plus, nos observations révèlent qu’une mutation de Nlgn1 diminue la quantité d’éveil et modifie l’activité spectrale en éveil et en sommeil. Ces observations dévoilent l’importance de NLGN1 dans le maintien de l’éveil et la régulation du sommeil, et supportent un rôle de NLGN1 dans la régulation de l’activité neuronale. / Sleep is essential for the well-functioning of the body. It has been suggested that sleep is regulated, in part, by the homeostatic process of sleep regulation which controls a pressure for sleep in function of the amount of time spent awake. Studies have suggested that the homeostatic process could be linked to synaptic plasticity, and that changes in sleep pressure can affect brain plasticity. N-methyl-D-aspartate receptors, which are important plasticity mediators, appear to be implicated in the deleterious effects related to sleep loss as well as in the regulation of cortical synchrony characteristic of slow wave sleep. Their activity is controlled by Neuroligin 1 (NLGN1), a synaptic adhesion molecule. Also, a Nlgn1 mutation has similar effects on memory and behavior as those observed following a sleep deprivation. In this master’s thesis, we hypothesized that NLGN1 is implicated in sleep and wake regulation. To test this hypothesis, Nlgn1 mRNA and protein expression has been measured after sleep deprivation, and the sleep of mice lacking NLGN1 has been studied. The results of my research project show that an increase in sleep pressure changes Nlgn1 mRNA and protein expression in mice. We also find that Nlgn1 mutation reduces wake duration and modifies the EEG spectral composition during wake and sleep. These results indicate that NLGN1 is important in the maintenance of wakefulness and the regulation of sleep, and provide further support to a role for NLGN1 in the regulation of neuronal activity.

Šiame darbe nagrinėjama smegenų – kompiuterio sąsajos (BCI) sistema. Taip pat dirbtinių neuroninių tinklų ir atsitiktinių miškų klasifikavimo algoritmų panaudojimas smegenų – kompiuterio sąsajos sistemose. Realizuotas smegenų – kompiuterio sąsajos prototipas. Šis prototipas leidžia valdyti kompiuterio pelę, naudojant elektroencefalogramos arba elektromiogramos skaitytuvą. Atliktas kompiuterio pelės valdymo, naudojant smegenų – kompiuterio sistemą, tyrimas, vykdant praktines užduotis. Rezultatai palyginti su įprastu būdu valdoma kompiuterio pele. Tyrime naudotas OCZ NIA elektroencefalogramos ir elektromiogramos signalų skaitytuvas. Palyginta kuris iš naudotų klasifikavimo algoritmų pasiekia didžiausią tikslumą. Padarytos išvados apie smegenų – kompiuterio sąsajos sistemos prototipo privalumus ir trūkumus. / This work analyzes the brain – computer interface (BCI) system. Also artificial neural networks and random forest classification algorithms are used in brain – computer interface systems. A prototype of the brain – computer interface was developed. The prototype lets you control your mouse using electromyogram or electroencephalogram reader. In this work, the practical tasks carried out mouse control study using a brain – computer interface. The results were compared with the normal – controlled computer mouse. The study used OCZ NIA electroencephalogram and electromyogram signal reader. Compared which of the used algorithms achieves the highest accuracy. The conclusions were drawn about the BCI prototype.

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

H προβολή υποσυνείδητων μηνυμάτων είναι η διαδικασία έκθεσης ερεθισμάτων κάτω από το κατώφλι της συνειδητοποίησης. Με τον τρόπο αυτό μπορεί να επηρεαστούν οι σκέψεις, τα συναισθήματα και ενέργειες του ανθρώπου. Η υποσυνείδητη αντίληψη συμβαίνει όταν οι πληροφορίες αποθηκεύονται στο ανθρώπινο μυαλό, χωρίς ο δέκτης να έχει συνειδητά επίγνωση του προβλήματος. Οι πληροφορίες φτάνουν στο μυαλό, γιατί ενώ δεν είναι συνειδητά αντιληπτές, γίνονται αντιληπτές από το υποσυνείδητο κομμάτι του εγκεφάλου. Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αποτίμηση των πιθανών διαφορών στις καταγραφές ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος (ΕΕG) και προκλητών δυναμικών (ERPs) κατά την υποβολή ενός ατόμου σε οπτικά υποσυνείδητα ερεθίσματα σε σύγκριση με καταγραφές χωρίς ερέθισμα. Στην εργασία χρησιμοποιήθηκε ένα ερευνητικό πρωτόκολλο το οποίο εξετάζει το πώς επηρεάζουν τα υποσυνείδητα ερεθίσματα τη λήψη αποφάσεων και την εγκεφαλική λειτουργία. Στο πρώτο μέρος της εργασίας (κεφάλαια 1 και 2) γίνεται μια συνοπτική αναφορά στις κυριότερες μεθόδους απεικόνισης εγκεφάλου, όπως το ηλεκτροεγκεφαλογράφημα και την λειτουργική απεικόνιση Μαγνητικού Συντονισμού καθώς και στον συνδυασμό τους για πιο ικανοποιητικά αποτελέσματα. Το κεφάλαιο 3 αναφέρεται κυρίως σε θέματα σχετικά τα προκλητά δυναμικά, καθώς και την υποσυνείδητη αντίληψη. Στο κεφάλαιο 4 περιγράφεται η πειραματική διαδικασία και η μετρητική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε καθώς και η παρουσίαση της επεξεργασίας των μετρήσεων μέσω του eeglab. Τέλος, στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της επεξεργασίας σε διαγράμματα προκλητών δυναμικών και φασματικής ισχύος καθώς επίσης και τα συμπεράσματα της εργασίας αυτής. / The display of subliminal messages is the process of stimuli exposure below the threshold of awareness. Through this procedure the thoughts, feelings and actions of a human can be influenced. The subliminal perception occurs when information stored in the human mind without the receiver being consciously aware of it. The information reaching the brain is perceived by the subconscious part of the brain. The object of this diploma thesis is to assess the possible differences in electroencephalogram (EEG) and event - related potentials (ERPs) recordings during the presentation of visual subliminal stimuli compared to non – subliminal conditions. A protocol that examines how subliminal stimuli influence the decision making and the cerebral operation is used. In the first part of the thesis (chapters 1 and 2) there is a brief review of the main brain imaging methods such as EEG and fMRI as well as the combination of them. Chapter 3 reveals issues about event - related potentials and mostly about subliminal perception. In chapter 4, the experiment and the measuring devices used are described, and there is also a presentation of the analysis by using the eeglab. Finally, chapter 5 includes the results of analysis on event - related potential and spectral power graphs, as well as the conclusions of this work.

Des réactions inhabituelles et disproportionnées face aux changements survenant de manière imprévisible dans l’environnement sont observées dans l’autisme. L’objectif de ce travail est de caractériser chez des adolescents et des jeunes adultes avec autisme les mécanismes neurophysiologiques impliqués dans le traitement d’un contexte visuel prédictif à partir de l’analyse des potentiels évoqués et des oscillations cérébrales. L’étude de la maturation au cours de l’adolescence chez le sujet au développement typique montre que les mécanismes de prédiction sont matures dès l’âge de 12 ans. Les personnes avec autisme parviennent à extraire l’information pertinente dans un contexte simple, certain et explicite, et à l’utiliser pour se préparer à la survenue d’un événement afin d’y avoir une réponse adaptée. Ces résultats suggèrent que les mécanismes de traitement d’un contexte visuel prédictif dans un contexte certain sont préservés dans l’autisme. Toutefois, les personnes avec autisme sur-anticipent les stimulations imprévisibles, en accord avec leur impression de surcharge sensorielle. Elles présentent également des difficultés pour moduler de manière flexible les activités corticales en fonction du niveau d’incertitude du contexte, en accord avec le défaut d’adaptation à un monde en perpétuel changement. Ce travail suggère qu’un dysfonctionnement des mécanismes de prédiction dans un contexte incertain pourrait fournir un cadre théorique permettant de mieux comprendre les particularités rencontrées dans l'autisme. / Individuals with autism react in an unusual and disproportionate way if unpredictable changes occur in their environment. The aim of the present work is to investigate brain mechanisms involved in visual predictive context processing in adolescents and adults with autism using analysis of event-related potentials and brain oscillations. The developmental study shows that mechanisms of prediction are mature by the age of 12 in typically developing adolescents. Individuals with autism are able to extract relevant information from the stimulus train in a simple, certain and explicit context, to use it in order to anticipate the occurrence of an event and to have an appropriate response, suggesting preserved extraction and use of predictive information during a certain context. However, individuals with autism over-anticipate stimuli during an uncertain context, consistent with the sense of being overwhelmed by incoming information, and also cannot flexibly modulate cortical activity according to changing levels of uncertainty, in agreement with atypical adaptation in an ever-changing world. This work suggests that a dysfunction of predictive processing in an uncertain context might provide a theoretical framework to better understand the symptoms encountered in autism.

Flow is a mental state characterised by a feeling of energised focus, complete involvement and success when fully immersed in an activity. The dimensions of and the conditions required for flow to occur have been explored in a broad spectrum of situational contexts. The close relationship between flow and peak performance sparked an interest in ways to induce flow. However, any process of flow induction requires a measure to trace the degree to which flow is in fact occurring. Self-reports of the flow experience are subjective and provide ad hoc information. Psycho-physiological measures, such as EEG, can provide objective and continuous indications of the degree to which flow is occurring. Unfortunately few studies have explored the relationships between psycho-physiological measures and flow. The present study was an attempt to determine the EEG correlates of flow under conditions of peak performance. Twenty participants were asked to perform a continuous visuomotor task 10 times. Time taken per task was used as an indicator of task performance. EEG recordings were done concurrently. Participants completed an Abbreviated Flow Questionnaire (AFQ) after each task and a Game Flow Inventory (GFI) after having finished all 10 tasks. On completion, performance times and associated flow scores were standardised where after the sample was segmented into a high flow - peak performance and a low flow - low performance level. Multi-variate analysis of variance (MANOVA) was conducted on the performance, flow and EEG data to establish that a significant difference existed between the two levels. In addition, a one-way analysis of variance between high and low flow data was conducted for all variables and main effects were established. Inter-correlations of all EEG data at both levels were then conducted across four brain sites (F3, C3, P3, O1). In high flow only, results indicated increased lobeta power in the sensorimotor cortex together with a unique EEG pattern showing beta band synchronisation between the prefrontal and sensori-motor areas and de-synchronisation between all other areas, while all other frequencies (delta, theta, alpha, lobeta, hibeta, and gamma) remained synchronised across all scalp locations. These findings supported a theoretical neuropsychological model of flow. / Psychology / D. Com. (Consulting Psychology)