Le traitement des émotions joue un rôle essentiel dans les relations interpersonnelles. Des déficits dans la reconnaissance des émotions évoquées par les expressions faciales et vocales ont été démontrés à la suite d’un traumatisme craniocérébral (TCC). Toutefois, la majorité des études n’ont pas différencié les participants selon le niveau de gravité du TCC et n’ont pas évalué certains préalables essentiels au traitement émotionnel, tels que la capacité à percevoir les caractéristiques faciales et vocales, et par le fait même, la capacité à y porter attention. Aucune étude ne s’est intéressée au traitement des émotions évoquées par les expressions musicales, alors que la musique est utilisée comme méthode d’intervention afin de répondre à des besoins de prise en charge comportementale, cognitive ou affective chez des personnes présentant des atteintes neurologiques. Ainsi, on ignore si les effets positifs de l’intervention musicale sont basés sur la préservation de la reconnaissance de certaines catégories d’émotions évoquées par les expressions musicales à la suite d’un TCC. La première étude de cette thèse a évalué la reconnaissance des émotions de base (joie, tristesse, peur) évoquées par les expressions faciales, vocales et musicales chez quarante et un adultes (10 TCC modéré-sévère, 9 TCC léger complexe, 11 TCC léger simple et 11 témoins), à partir de tâches expérimentales et de tâches perceptuelles contrôles. Les résultats suggèrent un déficit de la reconnaissance de la peur évoquée par les expressions faciales à la suite d’un TCC modéré-sévère et d’un TCC léger complexe, comparativement aux personnes avec un TCC léger simple et sans TCC. Le déficit n’est pas expliqué par un trouble perceptuel sous-jacent. Les résultats montrent de plus une préservation de la reconnaissance des émotions évoquées par les expressions vocales et musicales à la suite d’un TCC, indépendamment du niveau de gravité. Enfin, malgré une dissociation observée entre les performances aux tâches de reconnaissance des émotions évoquées par les modalités visuelle et auditive, aucune corrélation n’a été trouvée entre les expressions vocales et musicales. La deuxième étude a mesuré les ondes cérébrales précoces (N1, N170) et plus tardives (N2) de vingt-cinq adultes (10 TCC léger simple, 1 TCC léger complexe, 3 TCC modéré-sévère et 11 témoins), pendant la présentation d’expressions faciales évoquant la peur, la neutralité et la joie. Les résultats suggèrent des altérations dans le traitement attentionnel précoce à la suite d’un TCC, qui amenuisent le traitement ultérieur de la peur évoquée par les expressions faciales. En somme, les conclusions de cette thèse affinent notre compréhension du traitement des émotions évoquées par les expressions faciales, vocales et musicales à la suite d’un TCC selon le niveau de gravité. Les résultats permettent également de mieux saisir les origines des déficits du traitement des émotions évoquées par les expressions faciales à la suite d’un TCC, lesquels semblent secondaires à des altérations attentionnelles précoces. Cette thèse pourrait contribuer au développement éventuel d’interventions axées sur les émotions à la suite d’un TCC. / Emotional processing plays a crucial role in social interactions. Deficits in recognizing emotions from facial and vocal expressions have been established following a traumatic brain injury (TBI). However, most studies did not look at the effect of TBI severity and did not evaluate essential prerequisites to efficiently recognize emotions, such as the ability to perceive facial and vocal features, and thereby, the ability to pay attention to them. No study has looked at emotional recognition from musical expressions following TBI, whereas musical intervention can be used to address behavioral, cognitive and affective issues in neurological populations. Thus, it is unknown whether therapeutic effects could be based on the preservation of emotional recognition from musical expressions following TBI. The first study assessed recognition of basic emotions (happiness, sadness, fear) from dynamic facial, vocal and musical expressions in forty-one adults (10 moderate-severe TBI 9 complicated mild TBI, 11 uncomplicated mild TBI and 11 healthy controls), who were administered experimental and perceptual control tasks. Findings indicate impairment in fearful facial expressions recognition following moderate-severe TBI and complicated mild TBI, as compared to adults having sustained an uncomplicated mild TBI and healthy controls. Impairment is not explained by a perceptual disorder. Results also show that emotional recognition from vocal and musical expressions is preserved following TBI, irrespective of severity. Despite a dissociation observed between performance of emotional recognition tasks from visual and auditory modalities, no relationship was found between vocal and musical expressions. The second study measured early (N1, N170) and later (N2) neural information processing underlying emotional recognition from facial expressions in twenty-five adults (10 uncomplicated mild TBI, 1 complicated mild TBI, 3 moderate-severe TBI and 11 healthy controls) during presentation of fearful, neutral and happy facial expressions. Findings indicate reduced early attentional processing following TBI, which impede higher-level cognitive stage enabling discrimination of fearful facial expressions. In sum, this thesis contributes to further improve our comprehension of emotional recognition from facial, vocal and musical expressions following TBI, according to injury severity. It also contributes to understand mechanisms underlying affected emotional recognition from facial expressions, which seem to arise as a consequence of reduced early attentional processing following TBI. This thesis could help to eventually refine interventions for emotional processing following a TBI.

La pharmaco-résistance est une complication évolutive fréquente de l'épisode dépressif majeur. La rTMS est une technique de stimulation cérébrale innovante dont l'efficacité antidépressive est maintenant établie.Le premier objectif de notre travail de thèse a été de caractériser les substrats fonctionnels de la dépression pharmaco-résistante à l'aide de la technique TEMP, afin d'identifier des patterns d'anomalies cérébrales qui leur sont propres. Dans un second temps, et sur la base des travaux existant sur les mécanismes d'action de la rTMS, nous avons étudié la valeur prédictive de marqueurs fonctionnels en neuro-imagerie TEMP et par EEG. Enfin, nous avons relié l'effet cérébral de la rTMS révélé par la neuro-imagerie fonctionnelle à son efficacité antidépressive, et de façon plus globale à la qualité de vie, comme recommandé actuellement.Nos résultats montrent l'existence d'un pattern de perfusion cérébrale commun aux patients pharmaco-résistants quel que soit le type de dépression, impliquant les régions fronto-temporales et le cervelet. L'étude TEMP de la perfusion cérébrale et de l'activité cérébrale en l'EEG dans sa bande alpha semble pouvoir prédire de façon satisfaisante, avant traitement, l'amélioration clinique individuelle des patients dépressifs pharmaco-résistants traités par rTMS. L'efficacité antidépressive de la rTMS apparait équivalente quel que soit le côté stimulé, entrainant des modifications de perfusion cérébrale comparables. Enfin, nos résultats ont permis d'identifier des régions cérébrales dysfonctionnelles distinctes et confirment l'interet d'une approche complémentaire de la dépression, par l'évaluation de la qualité de vie. / Treatment-resistance is a common outcome of a major depressive episode. Repetitive transcranial magnetic stimulation has been put forward as a new technique to treat this debilitating illness. The first objective of our thesis was to characterize the functional substrates of treatment-resistant depression (TRD) using SPECT technique, in order to identify specific patterns of brain abnormalities. In a second part, based on existing work on the antidepressant mechanisms of rTMS, we investigated the predictive value of two neurofunctional biomarkers: SPECT and EEG. Finally, we studied brain SPECT perfusion changes underlying therapeutic efficiency and improvement of quality of life, as currently recommended. Our results showed the existence of a common pattern of brain perfusion in treatment-resistant patients involving the fronto-temporal regions and the cerebellum, regardless the type of depression. At baseline, SPECT brain perfusion and alpha EEG band power could predict individual clinical improvement in TRD-patients treated with rTMS. Regardless the stimulated side, the antidepressant efficacy of rTMS consisted in similar changes in cerebral perfusion. Finally, our results have identified distinct dysfunctional brain regions and confirm the interest of a complementary approach to depression, by assessing quality of life.

A wide literature of predominantly behavioural experiments that use Stimulus Response Compatibility (SRC) have suggested that visual action information such as object affordance yields rapid and concurrent activation of visual and motor brain areas, but has rarely provided direct evidence for this proposition. This thesis examines some of the key claims from the affordance literature by applying electrophysiological measures to well established SRC procedures to determine the verities of the behavioural claims of rapid and automatic visuomotor activation evoked by viewing affording objects. The temporal sensitivity offered by the Lateralised Readiness Potential and by visual evoked potentials P1 and N1 made ideal candidates to assess the behavioural claims of rapid visuomotor activation by seen objects by examining the timecourse of neural activation elicited by viewing affording objects under various conditions. The experimental work in this thesis broadly confirms the claims of the behavioural literature however it also found a series of novel results that are not predicted by the behavioural literature due to limitations in reaction time measures. For example, while different classes of affordance have been shown to exert the same behavioural facilitation, electrophysiological measures reveal very different patterns of cortical activation for grip-type and lateralised affordances. These novel findings question the applicability of the label ‘visuomotor’ to grip-type affordance processing and suggest considerable revision to models of affordance. This thesis also offers a series of novel and surprising insights into the ability to dissociate afforded motor activity from behavioural output, into the relationship between affordance and early visual evoked potentials, and into affordance in the absence of the intention to act. Overall, this thesis provides detailed suggestions for considerable changes to current models of the neural activity underpinning object affordance.

The implementation of portable electroencephalography (EEG) systems has been known to be complex. During ambulation, the integrity of recorded EEG signals is often impaired by motion artifacts and the time and effort required to set up the system is excessive. The use of single-channel EEG systems with dry, active electrodes (AEs) for signal acquisition is a topic of current interest. AEs are electrodes which have integrated bioamplifier circuitry and are known to be less susceptible to motion artifacts and environmental interference. In this report, the design of an AE preamplifier for the purpose of improving single-channel EEG recordings is presented. Initially, a thorough literature review was performed, exploring the available knowledge and state-of-the-art technology. Thereafter, the design specifications were set and the appropriate topology and circuit design techniques were selected to maximize the amplifier’s performance. Ultimately, three different preamplifier topologies were designed and their performance compared with one another as well as with established medical device standards and state-of-the-art AEs. The results of one preamplifier showed comparable performance with state-of-the-art AEs. Therefore, this topology was selected for a deep analysis and physical layout design. The layout of the selected preamplifier was designed and its parasitics extracted. The post layout performance of the design proved to be comparable to the schematic level performance, with a CMRR of 153dB, IRNV of 0.89µVRMS and an electrode offset tolerance of 450mV. The preamplifier design presented in this report has proven to be comparable with state-of-the-art AE preamplifiers and demonstrates potential for the advancement of AE performance in single-channel EEG systems. / Implementeringen av bärbara elektroencefalografisystem (EEG) har varit känd för att vara komplex. Vid rörelse påverkas ofta reliabiliteten av de inspelade EEGsignalerna av rörelseartefakter samt av att tiden och det arbete som krävs för att ställa in systemet blir överdrivet lång. Användandet av singelkanals EEG-system, med torra aktiva elektroder (AE) under inspelningen, är ett aktuellt ämne. En AE är en elektrod som har en integrerad bioförstärkarkrets och är känd för att vara både mindre mottaglig för rörelseartefakter och för störning från omgivningen. I denna rapport presenteras utformningen av en AE-förförstärkare för singelkanals EEGinspelningar. Inledningsvis utfördes en grundlig litteraturöversikt där den rådande kunskapen och toppmoderna tekniken undersöktes. Därefter bestämdes designspecifikationerna, lämpliga topologier samt kretsdesigntekniker, för att maximera förstärkarens prestanda. Slutligen konstruerades tre olika förstärkares topologier och deras prestanda jämfördes med varandra liksom med etablerade medicin tekniska standarder och toppmoderna AE. Resultaten av en förförstärkare visade sig ha jämförbar prestanda med toppmoderna AE. Därför valdes denna topologi ut för en djupanalys och för fysisk layoutkonstruktion. Layouten för den valda förförstärkaren utformades och dess parasiter extraherades. Utformningen av postlayouten visade sig vara jämförbar med prestanda på en schematisk nivå, med en CMRR på 153dB, IRNV på 0.89µVRMS och en elektrodoffsettolerans på 450mV. Förförstärkarens design som presenteras i denna rapport har visat sig vara jämförbar med toppmoderna AE-förförstärkare och visar potential till framsteg för AEprestanda i singelkanals EEG-system

Electroencephalographic data recorded on the human scalp can be modeled as a linear mixture of underlying dipolar source generators. The characterization of such generators is the aim of several families of signal processing methods. In this HDR we consider in several details three of such families, namely 1) EEG distributed inverse solutions, 2) diagonalization methods, including spatial filtering and blind source separation and 3) Riemannian geometry. We highlight our contributions in each of this family, we describe algorithms reporting all necessary information to make purposeful use of these methods and we give numerous examples with real data pertaining to our published studies. Traditionally only the single-subject scenario is considered; here we consider in addition the extension of some methods to the simultaneous multi-subject recording scenario. This HDR can be seen as an handbook for EEG source analysis. It will be particularly useful to students and other colleagues approaching the field.