Les matériaux hybrides organiques-inorganiques forment une classe de systèmes dans lesquels plusieurs types de molécules organiques peuvent être insérées au sein d'une structure dite d’accueil, souvent de nature inorganique. C'est dans ce contexte que s'inscrit notre étude théorique de ces matériaux, utilisant les méthodes de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), jointes aux techniques de dynamique moléculaire (MD) dans l'approche dite de dynamique moléculaire ab initio. Nous avons développé un protocole permettant d'étudier l'évolution des propriétés de matériaux hybrides spécifiques sous l'effet de stimuli extérieurs comme la pression ou la température. Nous effectuons une étude théorique d’un matériau de référence dans la chimie des matériaux hybrides lamellaires: l'hydroxyde acétate de cuivre Cu2 (OH)3 (CH3 COO). Nous avons obtenu une transition d’un état antiferromagnétique à un état ferromagnétique sous l’effet d’une pression proche de 2 GPa, en bon accord avec la valeur expérimentale (1,2 GPa). Ensuite, nous appliquons ces méthodes à l’étude de nouveaux matériaux hybrides lamellaires simples contenant des molécules de fluorènes mono- et di- phosphoniques. / Ab-initio molecular dynamics (AIMD) refers to a set of state-of-the-art computational methods combining molecular dynamics with density functional theory. It is the basis of what could be called a «Virtual laboratory approach». In this work, we use the Car-Parrinello Molecular Dynamics (CPMD) scheme for investigating the properties of Copper Hydroxide Acetate system, a typical organic-inorganic hybrid material. We determine the corresponding atomic structure as well as several of its chemical and magnetic properties. Recent experimental achievements provide accurate XRD measurements enabling the study of magneto-structural properties of Cu2 (OH)3 (CH3 COO). compound. The pressure-induced magnetic transition, observed experimentally (at 1,2 GPa) in this material has been successfully reproduced (close to 2 GPa), thereby, highlighting the role of structural optimizations in theoretical treatments of such materials. Our aim is to elucidate the complex interplay between structural properties, interfacial inte r facial chemistry and magnetic behaviors of various nanoscale structured materials both at the local (atomic) and bulk (crystal) levels. We focus on copper hydroxide-based hybrid materials spanning through different organic components (such as fluorene mono- or di-phosphonic molecules) considered prototypical and very promising in the field of hybrid multifunctional materials.

Cette thèse porte sur les processus de perception visuelle impliqués dans la reconnaissance des lettres. L’Étude 1 vise à déterminer la fenêtre temporelle à partir de laquelle les lettres sont discriminées. Nos résultats démontrent, en établissant un lien entre potentiels évoqués (PEs) et indices comportementaux, des effets apparaissant vers 100 ms et 220 ms au niveau d’électrodes occipitales droites, que nous lions à des traitements visuels, et un effet apparaissant aux alentours de 170 ms au niveau d’électrodes fronto-centrales, que nous lions à la possible récupération du nom des lettres. L’Étude 2 vise à déterminer jusqu’à quand, lors du processus de reconnaissance des lettres, trouve-t-on des influences de traitements de nature visuelle? Nous comparons les PEs de lettres nominalement similaires, mais visuellement dissimilaires (variant selon la casse), et nos résultats indiquent des influences visuelles toujours à l’œuvre aux alentours de 300 ms. L’Étude 3 vise à mettre en évidence les aires cérébrales impliquées dans la récupération du nom des lettres, révélées en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), mais également les effets induits par cette récupération sur les PEs. Nous utilisons un paradigme d’apprentissage de symboles inconnus, durant lequel nous induisons une gradation dans la capacité des participants à pouvoir récupérer le nom des symboles. Cette gradation est alors utilisée comme marqueur de récupération du nom des symboles au niveau des PEs et des images fonctionnelles. Nous démontrons une covariation avec la gradation induite aux alentours de 200 ms sur les PEs, et au niveau du gyrus fusiforme et d’aires temporales gauches en IRMf. / The aim of this thesis is to investigate visual perception processes involved in recognizing letters. Study 1 aims at determining the time window during which letters are discriminated. Our results linking event-related potentials (ERPs) and behavioral measures, indicate effects occurring around 100 ms and 220 ms on right occipital electrodes as reflecting visual processing, while we assume that an effect occurring around 170 ms on fronto-central electrodes might be functionally linked to the retrieval of letter names.Study 2 aims at determining until when, along the process of letter recognition, influences of visual processing are observed. We compare ERPs associated with nominally similar but visually dissimilar letters (by varying the case of presentation), and our results indicate that visual influences are still active until around 300 ms. Study 3 aims at highlighting both the brain areas involved in the retrieval of letter names, as revealed by functional magnetic resonance imaging (fMRI), and the effects induced by this retrieval on ERPs. We use a learning paradigm of unknown visual symbols, in which we induce a gradation in the ability of participants to retrieve the name of these symbols. The gradation is used as a marker of the retrieval of the symbols’ names, both on ERPs and fMRI. We demonstrate that the induced gradation co-varies with ERPs at around 200 ms, and with fMRI signals on left fusiform gyrus and left temporal areas.

Le microbiote du rumen bovin est un écosystème très diversifié et efficace pour la dégradation de substrats complexes, notamment issus de la biomasse végétale. Composé majoritairement de microorganismes non cultivés, il constitue un réservoir très riche de nouvelles enzymes d’intérêt potentiel pour les biotechnologies industrielles, en particulier les bioraffineries et la bioremédiation. Dans le cadre de cette thèse, nous avons mis en œuvre une approche de criblage fonctionnel du métagenome ruminal pour accélérer la découverte d’enzymes de dégradation des lignocelluloses, mais aussi de divers polluants synthétiques. En particulier, de nouvelles estérases capables de dégrader un insecticide de la famille des carbamates, le fenobucarb, ainsi qu’un polyuréthane commercial, l’Impranil DLN, ont pu être identifiées. De plus, le développement d’une nouvelle stratégie de criblage d’oxydoréductases nous a permis d’isoler trois enzymes bactériennes originales, très polyspécifiques, ne requérant ni cuivre ni manganèse pour dégrader différents substrats polycycliques tels que des polluants majeurs de l’industrie textile, mais aussi des dérivés de lignine. Enfin, le criblage de deux banques issues d’enrichissements in vivo et in vitro du microbiome du rumen sur paille de blé a permis d’isoler des cocktails d’enzymes lignocellulolytiques au profil fonctionnel et d’origine taxonomique différents, constitués de glycoside-hydrolases, estérases et oxydoréductases. Quinze nouveaux modules CAZy, correspondant à des familles enzymatiques jamais caractérisées, ont été identifiés. L’ensemble de ces résultats met en lumière l’immense potentiel d’innovation biotechnologique contenu dans les écosystèmes microbiens, en particulier dans le microbiote du rumen bovin / Bovine rumen microbiota is a highly diverse and efficient ecosystem for the degradation of complex substrates, especially those issued from plant biomass. Predominantly composed of uncultivated microorganisms, it constitutes a rich reservoir of new enzymes of potential interest for industrial biotechnologies, especially biorefineries and bioremediation. As part of this thesis, we used the functional screening of the ruminal metagenome to increase the discovery of enzymes able to degrade lignocelluloses, as well as different synthetic pollutants. In particular, new esterases able to degrade a carbamate insecticide, fenoucarb, and a commercial polyurethane, Impranil DLN, have been identified. Moreover, the development of a new screening strategy for oxidoreductases allowed the isolation of three original bacterial enzymes that are very polyspecific, and do not need copper nor manganese to degrade different polycyclic substrates, like major pollutants of the textile industry, as well as lignin derivatives. Finally, the screening of two libraries from in vivo and in vitro enrichments of the ruminal microbiome on wheat straw allowed the isolation of lignocellulolytic enzymatic cocktails, with different functional profiles and taxonomical origins, comprising glycoside-hydrolases, esterases and oxidoreductases. Fifteen novel CAZy modules, related to enzymatic families never characterized, were identified. All these results highlight the vast potential of microbial ecosystems, in particular the bovine rumen microbiota, for biotechnological innovation

L'industrie automobile des systèmes embarqués critiques est confrontée de nos jours à une complexité croissante, tandis que les coûts, les performances en termes d'intelligence, les caractéristiques, les capacités et les délais de commercialisation de leurs produits sont constamment remises en question. Face à cela, l'objectif principal pour les constructeurs et fournisseurs automobiles devient désormais de contrôler la qualité et la fiabilité des systèmes mécatroniques et embarqués. L'existence de normes internationales comme le HIS Automotive SPICE et l'ISO26262 est une contrainte supplémentaire qu'ils doivent prendre en compte s'ils veulent atteindre cet objectif. De plus, assurer la bonne gestion de la sécurité et la qualité du produit ne suffit pas: il est essentiel de veiller à ce que nous produisons un système qui n'est pas seulement sécuritaire et bien, mais aussi que nous produisons le bon système. Cela induit donc une plus grande prise en compte des exigences.Dans cette thèse, nous traitons le challenge du développement des systèmes embarqués automobiles suivant l'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) qui répondent aux exigences des utilisateurs et des standards du domaine et qui permettent de maîtriser davantage la qualité des produits développés. Le problème à résoudre a été abordé sur plusieurs phases qui sont ensuite utilisés conjointement. En premier, nous définissons un métamodèle fusionnant les approches orienté qualité produit et qualité processus selon respectivement les normes ISO26262 et SPICE. Puis, dans un but de certification, nous proposons une méthodologie générique basée sur ce métamodèle commun où une évaluation du processus de développement induite par l'HIS standard ainsi qu'une évaluation de la sécurité fonctionnelle induite par l'ISO2626 sont simultanément effectuées. Ce résultat est traduit au travers de la définition d'un framework outillé où nous appliquons la méthode d'évaluation propre au standard SPICE. En deuxième phase, nous définissons un métamodèle pour gérer les actifs de sécurité concernant ces normes automobiles au niveau produit. Ce métamodèle définit comment capturer les exigences et l'architecture d'un système de telle manière qu'ils puissent être traçables entre eux et également traçables depuis des documents de spécifications d'origine. Enfin, une approche à base de modèle où l'interaction des modèles de processus et le produit est géré afin de répondre aux besoins identifiés dans la première phase est développé pour soutenir la gestion de projet. L'approche utilise la modélisation des processus et leur mesure pour améliorer le contrôle et le suivi de projet et de réduire par la même les coûts et les fréquences de replanification.Les avantages de la contribution sont démontrés sur une application pilote automobile, validant ainsi le travail de recherche au vue des faiblesses identifiées préalablement dans le contexte.

Résumé Les premières études électrophysiologiques et anatomiques ont établi le rôle crucial du cortex somatosensoriel primaire et secondaire (SI et SII) dans le traitement de l'information somatosensorielle. Toutefois, les récentes avancées en techniques d’imagerie cérébrale ont mis en question leur rôle dans la perception somatosensorielle. La réorganisation du cortex somatosensoriel est un phénomène qui a été proposé comme cause de la douleur du membre fantôme chez les individus amputés. Comme la plupart des études se sont concentrées sur le rôle du SI, une étude plus approfondie est nécessaire. La présente série d'expériences implique une exploration du rôle des régions somatosensorielles dans la perception des stimuli douleureux et non-douleureux chez des volontaires sains et patients avec des douleurs de membre fantôme. La première étude expérimentale présentée dans le chapitre 3 est une méta-analyse des études de neuro-imagerie employant des stimuli nociceptifs chez des volontaires sains. En comparaison aux précédentes, la présente étude permet la génération de cartes quantitatives probabilistes permettant la localisation des régions activées en réponse à des stimuli nociceptifs. Le rôle du cortex somatosensoriel dans la perception consciente de stimuli chauds a été étudié dans le chapitre 4 grâce à une étude d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, dans laquelle des stimuli thermiques douloureux et non-douloureux ont été administrés de manière contrebalancée. Grâce à cette procédure, la perception de la chaleur fut atténuée par les stimuli douloureux, ce qui permit la comparaison des stimuli consciemment perçus avec ceux qui ne le furent pas. Les résultats ont montrés que les stimulations chaudes perçues ont engendré l’activation de l’aire SI controlatérale, ainsi que de la région SII. Grâce à l’évaluation clinique de patients amputés présentant une altération de leurs perceptions somatosensorielles, il est également possible de dessiner un aperçu des régions corticales qui sous-tendent ces modifications perceptuelles. Dans le chapitre 5 nous avons émis l'hypothèse proposant que les sensations du membre fantôme représentent un corrélat perceptuel de la réorganisation somatotopique des représentations sensorielles corticales. En effet, la réorganisation des sensations peut donner des indices sur les régions impliquées dans la genèse des sensations référées. Ainsi, un protocole d’évaluation sensoriel a été administré à un groupe de patients affligés de douleur au niveau du membre fantôme. Les résultats ont montré que, contrairement aux études précédentes, les sensations diffèrent grandement selon le type et l'intensité des stimuli tactiles, sans évidence de la présence d’un modèle spatialement localisé. Toutefois, les résultats actuels suggèrent que les régions corticales à champs récepteurs bilatéraux présentent également des modifications en réponse à une déafférentation. Ces études présentent une nouvelle image des régions corticales impliquées dans la perception des stimuli somatosensoriels, lesquelles comprennent les aires SI et SII, ainsi que l'insula. Les résultats sont pertinents à notre compréhension des corrélats neurologiques de la perception somatosensorielle consciente. / Abstract Early anatomical and single-unit recording studies established a crucial role for the primary and secondary somatosensory cortices (SI & SII) in processing somatosensory information. However, recent advances in brain imaging and analysis techniques have called into question their role in somatosensation. Findings from this recent research are relevant to the study of the reorganizational changes occurring in the somatosensory cortices that have been causally linked to the genesis of pain in amputee patients. These patients continue to perceive and experience pain in the absent limb, which is usually referred to as phantom-limb pain; but little research on this phenomenon has focused on other regions outside SI, and further study is needed. The present series of experiments involve an exploration of the roles of the somatosensory cortices in the perception of noxious and innocuous tactile stimuli in healthy volunteers and patients with phantom-limb pain. The first experimental study in Chapter 3 is a meta-analytic review of neuroimaging studies examining noxious stimuli evoked activation in healthy volunteers. In comparison to previous reviews that have merely reported the prevalence of pain-related activation, the present study yields quantitative probabilistic maps that permit localization of the likelihood of obtaining activation in response to noxious stimuli within any brain region. The role of the somatosensory cortices in the conscious perception of brief warm stimuli was explored in Chapter 4 using functional magnetic resonance imaging, where noxious and innocuous thermal stimuli were counterbalanced within the experimental protocol. This procedure allowed a gating of the somatosensory system in which the perception of warm stimuli was attenuated by painful stimuli, thus permitting the comparison of detected with undetected stimuli. Results showed that detected warm stimuli significantly activated SI and SII. It is also possible to draw insight regarding which cortical regions subserve somatosensory processing and its organization by clinical assessment of amputee patients, who demonstrate altered somatosensation. To date, few studies have explored the relationship between referred sensations to the phantom and cortical reorganization. In Chapter 5 we hypothesized that referred sensations to phantom limbs are a perceptual correlates of a somatotopic reorganization of sensory representations. Derangements in referred sensations can give clues to the regions involved in referred sensations genesis. Thus, a quantitative sensory testing protocol was administered to a group of phantom-limb pain patients. Results showed that, contrary to previous reports, referred sensations to the phantom differed greatly based on the type and intensity of the tactile stimuli applied to the body, with no evidence of a spatially localized pattern. Previous reports of referred sensations have solely focused on plastic changes in SI. However, the present results suggest that other cortical regions with bilateral receptive fields also undergo reorganizational changes in response to deafferentation. These studies present an emerging picture of the cortical regions involved in the perception of somatosensory stimuli, which include SI and SII, as well as the insula. Findings are relevant to our understanding of the neural correlates of conscious perception of somatosensation and the formation of the mental representation of stimuli applied to the body.

Doctorat réalisé en cotutelle entre l'Université de Montréal et l'Université Paul Sabatier-Toulouse III / Il est maintenant reconnu que les changements climatiques ont des impacts importants sur l’ensemble des organismes vivants. Parmi les facteurs de ces changements, la température occupe une place prépondérante pour les organismes ectothermes car elle régule leur métabolisme. Toutefois, bien que les effets de la température sur les individus d’une espèce soient largement connus, les connaissances demeurent limitées quant aux conséquences sur les interactions trophiques. Dans ce contexte, notre étude s’intéresse aux effets de la température sur un système biologique composé d’une plante, le poivron Capsicum annuum L., d’un herbivore, le puceron Myzus persicae Sulzer (proie extraguilde), ainsi que de deux de ses ennemis naturels : la coccinelle maculée Coleomegilla maculata lengi Timberlake (prédateur intraguilde) et la cécidomyie prédatrice Aphidoletes aphidimyza Rondani (proie intraguilde). Dans ce but, nous avons opté pour une approche multiple comprenant : (1) la modélisation des interactions prédateur-proie et intraguilde (prédation entre deux compétiteurs d’espèces différentes qui exploitent une même ressource), (2) la réalisation d’expériences empiriques en laboratoire permettant de tester les prédictions des modèles et de caractériser l’effet de la température et de ses variations sur les composantes du système biologique étudié. Conformément aux prédictions d’un premier modèle, nous mettons en évidence que, lorsque la température augmente, C. maculata est plus efficace pour trouver et manipuler ses proies, ce qui augmente le taux de prédation. En revanche, à haute température son efficacité de recherche décroît, ce qui entraîne une diminution du taux de prédation. L’activité de prédation se limite donc à une fenêtre thermique en dehors de laquelle elle est réduite ou nulle. Par la suite, nous comparons un modèle linéaire et un modèle non-linéaire (saturant à haute densité de proies) afin de déterminer lequel de ces deux modèles décrit le mieux la réponse fonctionnelle d’un prédateur intraguilde, c’est-à-dire la relation entre le nombre de proies consommées et la densité de proies. Nos résultats expérimentaux démontrent que les prédictions du modèle non-linéaire correspondent bien aux observations empiriques, tandis que le modèle linéaire surestime largement le nombre de proies consommées et la fréquence des interactions intraguildes. Par la suite, nous dérivons le modèle non-linéaire afin d’y inclure l’effet de la température. Comme prédit par ce dernier modèle, la prédation intraguilde devient plus fréquente lorsque la température augmente mais diminue lorsqu’il y a davantage de proies extraguildes. Dans une dernière étude, nous soumettons le système biologique à des pics de température. Nos résultats démontrent que ces pics diminuent la fécondité des pucerons, l’accroissement de leurs populations, le poids des larves de coccinelles et le contrôle des pucerons par les coccinelles mais n’ont pas d’effets sur la plante et les relations plante-insecte. Le système biologique s’avère également plus résistant aux pics de température en présence de coccinelles qu’en leur absence. En conclusion, notre étude souligne l’importance de considérer la température dans les interactions trophiques puisqu’elle influence le comportement des organismes et la fréquence de leur interaction, ce qui se répercute au niveau des populations et des communautés. / There are several pieces of evidence that climate change significantly impact plants, herbivores, and predators. For ectotherms, temperature is the most important factor associated with these changes as it regulates their metabolism. Although the effects of temperature on individual organisms or populations have been well documented, our understanding about their consequences on trophic and guild interactions remains limited. In this context, we investigated the effects of temperature on complex interactions between a plant, the pepper Capsicum annuum L.; an herbivore, the aphid Myzus persicae Sulzer (extraguild prey); and two of its natural enemies, the ladybeetle Coleomegilla maculata lengi Timberlake (intraguild predator) and the predatory midge Aphidoletes aphidimyza Rondani (intraguild prey). We combined two approaches: (1) modeling predator–prey and intraguild (predation between two species that compete for the same resource) interactions, and (2) testing model predictions and characterizing the effects of temperature on components of our biological system through laboratory experiments. As predicted by the first model, we found that when temperature rises, C. maculata is more efficient at finding and handling prey, which increases predation rate. However, search rate decreases at high temperatures, leading to a reduction in predation. The predatory activity is therefore limited to a temperature window outside of which predation is reduced or absent. The next objective was to compare two models, one linear and one nonlinear, to determine which one best describes the functional response (the relationship between the number of prey consumed and prey density) of an intraguild predator. Results indicated that predictions of the nonlinear model (i.e., saturating at high prey densities) fit empirical observations well while the linear model greatly overestimates the number of prey consumed and the incidence of intraguild predation. Subsequently, we derived the nonlinear model to include the effect of temperature. As predicted by this model, we found that the incidence of intraguild predation increases with temperature but decreases when extraguild prey are more abundant. In a last experiment, we investigated the effects of temperature peaks on each component of our biological system. Results showed that temperature peaks reduce aphid fecundity and thereby population growth, decrease the weight of ladybeetle larvae, and decrease aphid control by ladybeetles, but have no effect on plants or plant–insect relationships. We also observed that the food chain is more resistant to temperature peaks when ladybeetles are included in the system than when they are absent. This suggests that ecosystems with predators exerting strong biotic control on prey population should be more resistant to climate change than ecosystem lacking them. In conclusion, our study highlights the importance of considering temperature in trophic and guild interactions since it influences the behavior of organisms as well as the frequency of interactions that affect population and community dynamics.

Le tremblement, défini comme un mouvement rythmique involontaire, est un des mouvements anormaux les plus fréquents. Le tremblement n'est pas une pathologie mortelle, mais elle diminue souvent considérablement la qualité de vie de la personne. Les traitements efficaces ne sont pas encore disponibles, puisque les solutions pharmacologiques et chirurgicales souffrent encore de limitations en termes d'efficacité, de risques et de coûts. Une alternative consiste à utiliser des technologies d'assistance, tels que les exosquelettes ou la Stimulation Électrique Fonctionnelle (SEF).Néanmoins, la conception de systèmes actifs de compensation des tremblements présente plusieurs défis. Un tel système doit être capable, par exemple, d'atténuer les tremblements tout en minimisant la fatigue, la douleur et l'inconfort induit. Il doit aussi distinguer entre le tremblement et le mouvement volontaire, afin de réduire les interférences sur les mouvements intentionnels.Cette thèse se concentre donc sur l'évaluation de l'usage de la SEF pour atténuer le tremblement. Une première contribution concerne le développement des modèles neuromusculosquelettiques pour étudier l'influence des boucles réflexes sur la dynamique du tremblement, ainsi que la modulation de l'impédance de l'articulation via la co-contraction induite par la SEF. Un algorithme pour estimer en ligne le tremblement et ses caractéristiques tout en filtrant le mouvement volontaire a été proposé et validé sur patients. Enfin, un système SEF pour atténuer le tremblement basé sur le contrôle d'impédance a été conçu et évalué sur patients, alors qu'une deuxième stratégie en boucle fermée a été testée sur des sujets sains. / Tremor, defined as an involuntary, approximately rhythmic and roughly sinusoidal movement, is one of the most common movement disorders. It is not a life-threatening pathology, but it often decreases significantly the person's quality of life. Today, effective treatments for pathological tremor are not yet available, since current pharmacological and surgical alternatives still present limitations with respect to effectiveness, risks, and costs. A different approach is the use of assistive technologies, such as upper limb exoskeletons or Functional Electrical Stimulation (FES).Nevertheless, the design of active tremor compensation systems based on these technologies presents several challenges. Such a system must be able, for instance, to attenuate tremor while minimizing the induced fatigue, pain, and discomfort. Also, it must be able to distinguish between pathological tremor and voluntary motion, in order to reduce interference on intentional movements.This thesis is focused then in evaluating the use of FES to attenuate the effects of tremor. A first contribution concerns the use of neuromusculoskeletal models to study the effects reflex pathways may produce on tremor dynamics, as well as how FES-induced co-contraction may modulate joint impedance. Also, an online algorithm to estimate tremor and its features while simultaneously filtering voluntary motion has been proposed and validated with tremor patients. Finally, a FES system to attenuate tremor based on impedance control has been designed and evaluated on tremor patients, while a second strategy using closed-loop FES control has been tested on healthy subjects.

Résumé Les premières études électrophysiologiques et anatomiques ont établi le rôle crucial du cortex somatosensoriel primaire et secondaire (SI et SII) dans le traitement de l'information somatosensorielle. Toutefois, les récentes avancées en techniques d’imagerie cérébrale ont mis en question leur rôle dans la perception somatosensorielle. La réorganisation du cortex somatosensoriel est un phénomène qui a été proposé comme cause de la douleur du membre fantôme chez les individus amputés. Comme la plupart des études se sont concentrées sur le rôle du SI, une étude plus approfondie est nécessaire. La présente série d'expériences implique une exploration du rôle des régions somatosensorielles dans la perception des stimuli douleureux et non-douleureux chez des volontaires sains et patients avec des douleurs de membre fantôme. La première étude expérimentale présentée dans le chapitre 3 est une méta-analyse des études de neuro-imagerie employant des stimuli nociceptifs chez des volontaires sains. En comparaison aux précédentes, la présente étude permet la génération de cartes quantitatives probabilistes permettant la localisation des régions activées en réponse à des stimuli nociceptifs. Le rôle du cortex somatosensoriel dans la perception consciente de stimuli chauds a été étudié dans le chapitre 4 grâce à une étude d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, dans laquelle des stimuli thermiques douloureux et non-douloureux ont été administrés de manière contrebalancée. Grâce à cette procédure, la perception de la chaleur fut atténuée par les stimuli douloureux, ce qui permit la comparaison des stimuli consciemment perçus avec ceux qui ne le furent pas. Les résultats ont montrés que les stimulations chaudes perçues ont engendré l’activation de l’aire SI controlatérale, ainsi que de la région SII. Grâce à l’évaluation clinique de patients amputés présentant une altération de leurs perceptions somatosensorielles, il est également possible de dessiner un aperçu des régions corticales qui sous-tendent ces modifications perceptuelles. Dans le chapitre 5 nous avons émis l'hypothèse proposant que les sensations du membre fantôme représentent un corrélat perceptuel de la réorganisation somatotopique des représentations sensorielles corticales. En effet, la réorganisation des sensations peut donner des indices sur les régions impliquées dans la genèse des sensations référées. Ainsi, un protocole d’évaluation sensoriel a été administré à un groupe de patients affligés de douleur au niveau du membre fantôme. Les résultats ont montré que, contrairement aux études précédentes, les sensations diffèrent grandement selon le type et l'intensité des stimuli tactiles, sans évidence de la présence d’un modèle spatialement localisé. Toutefois, les résultats actuels suggèrent que les régions corticales à champs récepteurs bilatéraux présentent également des modifications en réponse à une déafférentation. Ces études présentent une nouvelle image des régions corticales impliquées dans la perception des stimuli somatosensoriels, lesquelles comprennent les aires SI et SII, ainsi que l'insula. Les résultats sont pertinents à notre compréhension des corrélats neurologiques de la perception somatosensorielle consciente. / Abstract Early anatomical and single-unit recording studies established a crucial role for the primary and secondary somatosensory cortices (SI & SII) in processing somatosensory information. However, recent advances in brain imaging and analysis techniques have called into question their role in somatosensation. Findings from this recent research are relevant to the study of the reorganizational changes occurring in the somatosensory cortices that have been causally linked to the genesis of pain in amputee patients. These patients continue to perceive and experience pain in the absent limb, which is usually referred to as phantom-limb pain; but little research on this phenomenon has focused on other regions outside SI, and further study is needed. The present series of experiments involve an exploration of the roles of the somatosensory cortices in the perception of noxious and innocuous tactile stimuli in healthy volunteers and patients with phantom-limb pain. The first experimental study in Chapter 3 is a meta-analytic review of neuroimaging studies examining noxious stimuli evoked activation in healthy volunteers. In comparison to previous reviews that have merely reported the prevalence of pain-related activation, the present study yields quantitative probabilistic maps that permit localization of the likelihood of obtaining activation in response to noxious stimuli within any brain region. The role of the somatosensory cortices in the conscious perception of brief warm stimuli was explored in Chapter 4 using functional magnetic resonance imaging, where noxious and innocuous thermal stimuli were counterbalanced within the experimental protocol. This procedure allowed a gating of the somatosensory system in which the perception of warm stimuli was attenuated by painful stimuli, thus permitting the comparison of detected with undetected stimuli. Results showed that detected warm stimuli significantly activated SI and SII. It is also possible to draw insight regarding which cortical regions subserve somatosensory processing and its organization by clinical assessment of amputee patients, who demonstrate altered somatosensation. To date, few studies have explored the relationship between referred sensations to the phantom and cortical reorganization. In Chapter 5 we hypothesized that referred sensations to phantom limbs are a perceptual correlates of a somatotopic reorganization of sensory representations. Derangements in referred sensations can give clues to the regions involved in referred sensations genesis. Thus, a quantitative sensory testing protocol was administered to a group of phantom-limb pain patients. Results showed that, contrary to previous reports, referred sensations to the phantom differed greatly based on the type and intensity of the tactile stimuli applied to the body, with no evidence of a spatially localized pattern. Previous reports of referred sensations have solely focused on plastic changes in SI. However, the present results suggest that other cortical regions with bilateral receptive fields also undergo reorganizational changes in response to deafferentation. These studies present an emerging picture of the cortical regions involved in the perception of somatosensory stimuli, which include SI and SII, as well as the insula. Findings are relevant to our understanding of the neural correlates of conscious perception of somatosensation and the formation of the mental representation of stimuli applied to the body.

Il est maintenant reconnu que les changements climatiques ont des impacts importants sur l’ensemble des organismes vivants. Parmi les facteurs de ces changements, la température occupe une place prépondérante pour les organismes ectothermes car elle régule leur métabolisme. Toutefois, bien que les effets de la température sur les individus d’une espèce soient largement connus, les connaissances demeurent limitées quant aux conséquences sur les interactions trophiques. Dans ce contexte, notre étude s’intéresse aux effets de la température sur un système biologique composé d’une plante, le poivron Capsicum annuum L., d’un herbivore, le puceron Myzus persicae Sulzer (proie extraguilde), ainsi que de deux de ses ennemis naturels : la coccinelle maculée Coleomegilla maculata lengi Timberlake (prédateur intraguilde) et la cécidomyie prédatrice Aphidoletes aphidimyza Rondani (proie intraguilde). Dans ce but, nous avons opté pour une approche multiple comprenant : (1) la modélisation des interactions prédateur-proie et intraguilde (prédation entre deux compétiteurs d’espèces différentes qui exploitent une même ressource), (2) la réalisation d’expériences empiriques en laboratoire permettant de tester les prédictions des modèles et de caractériser l’effet de la température et de ses variations sur les composantes du système biologique étudié. Conformément aux prédictions d’un premier modèle, nous mettons en évidence que, lorsque la température augmente, C. maculata est plus efficace pour trouver et manipuler ses proies, ce qui augmente le taux de prédation. En revanche, à haute température son efficacité de recherche décroît, ce qui entraîne une diminution du taux de prédation. L’activité de prédation se limite donc à une fenêtre thermique en dehors de laquelle elle est réduite ou nulle. Par la suite, nous comparons un modèle linéaire et un modèle non-linéaire (saturant à haute densité de proies) afin de déterminer lequel de ces deux modèles décrit le mieux la réponse fonctionnelle d’un prédateur intraguilde, c’est-à-dire la relation entre le nombre de proies consommées et la densité de proies. Nos résultats expérimentaux démontrent que les prédictions du modèle non-linéaire correspondent bien aux observations empiriques, tandis que le modèle linéaire surestime largement le nombre de proies consommées et la fréquence des interactions intraguildes. Par la suite, nous dérivons le modèle non-linéaire afin d’y inclure l’effet de la température. Comme prédit par ce dernier modèle, la prédation intraguilde devient plus fréquente lorsque la température augmente mais diminue lorsqu’il y a davantage de proies extraguildes. Dans une dernière étude, nous soumettons le système biologique à des pics de température. Nos résultats démontrent que ces pics diminuent la fécondité des pucerons, l’accroissement de leurs populations, le poids des larves de coccinelles et le contrôle des pucerons par les coccinelles mais n’ont pas d’effets sur la plante et les relations plante-insecte. Le système biologique s’avère également plus résistant aux pics de température en présence de coccinelles qu’en leur absence. En conclusion, notre étude souligne l’importance de considérer la température dans les interactions trophiques puisqu’elle influence le comportement des organismes et la fréquence de leur interaction, ce qui se répercute au niveau des populations et des communautés. / There are several pieces of evidence that climate change significantly impact plants, herbivores, and predators. For ectotherms, temperature is the most important factor associated with these changes as it regulates their metabolism. Although the effects of temperature on individual organisms or populations have been well documented, our understanding about their consequences on trophic and guild interactions remains limited. In this context, we investigated the effects of temperature on complex interactions between a plant, the pepper Capsicum annuum L.; an herbivore, the aphid Myzus persicae Sulzer (extraguild prey); and two of its natural enemies, the ladybeetle Coleomegilla maculata lengi Timberlake (intraguild predator) and the predatory midge Aphidoletes aphidimyza Rondani (intraguild prey). We combined two approaches: (1) modeling predator–prey and intraguild (predation between two species that compete for the same resource) interactions, and (2) testing model predictions and characterizing the effects of temperature on components of our biological system through laboratory experiments. As predicted by the first model, we found that when temperature rises, C. maculata is more efficient at finding and handling prey, which increases predation rate. However, search rate decreases at high temperatures, leading to a reduction in predation. The predatory activity is therefore limited to a temperature window outside of which predation is reduced or absent. The next objective was to compare two models, one linear and one nonlinear, to determine which one best describes the functional response (the relationship between the number of prey consumed and prey density) of an intraguild predator. Results indicated that predictions of the nonlinear model (i.e., saturating at high prey densities) fit empirical observations well while the linear model greatly overestimates the number of prey consumed and the incidence of intraguild predation. Subsequently, we derived the nonlinear model to include the effect of temperature. As predicted by this model, we found that the incidence of intraguild predation increases with temperature but decreases when extraguild prey are more abundant. In a last experiment, we investigated the effects of temperature peaks on each component of our biological system. Results showed that temperature peaks reduce aphid fecundity and thereby population growth, decrease the weight of ladybeetle larvae, and decrease aphid control by ladybeetles, but have no effect on plants or plant–insect relationships. We also observed that the food chain is more resistant to temperature peaks when ladybeetles are included in the system than when they are absent. This suggests that ecosystems with predators exerting strong biotic control on prey population should be more resistant to climate change than ecosystem lacking them. In conclusion, our study highlights the importance of considering temperature in trophic and guild interactions since it influences the behavior of organisms as well as the frequency of interactions that affect population and community dynamics. / Doctorat réalisé en cotutelle entre l'Université de Montréal et l'Université Paul Sabatier-Toulouse III

No description available.