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

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Tout individu extrait de ses informations sensorielles des invariants directionnels lui permettant de percevoir sa propre situation spatiale ainsi que celle des objets qui l'entourent. Dans les situations habituelles, les traitements relatifs à l'orientation spatiale s'effectuent à partir de référentiels relativement redondants. Cette redondance autorise à la fois la mise en place d'une sensibilité individuelle préférentielle à l'égard d'un de ces référentiels ainsi qu'une large flexibilité dans le choix du référentiel. Lors de ce travail nous avons voulu tester deux hypothèses principales. La 1ère est que les différences interindividuelles observées lors de tâches de perception d'orientation spatiales dépendent du choix du référentiel. La 2nd hypothèse est que l'un des facteurs explicatifs de la variabilité interindividuelle lors de tâches de perception d'orientation spatiale se situe au niveau des règles d'intégration multisensorielle utilisées par les individus. Les résultats montrent que l'ensemble des cadres de références semblent pris en compte par les individus rejetant ainsi la 1ère hypothèse selon laquelle les différences interindividuelles s'expliqueraient par la capacité de certains sujets à exploiter le "bon" cadre de référence. Les résultats montrent que l'un des facteurs explicatifs des différences interindividuelles se situe dans la manière dont le système nerveux central combinerait les différentes informations, certains sujets (DC) semblant incapables de minimiser l'influence des "mauvais" cadre de référence (les moins appropriés, les plus biaisés) en diminuant leur poids respectifs. / Each person extract from sensory information directional invariant which allow him to perceive his spatial situation as well as those of objects surround him. In usual situations, processing relative to spatial orientation is carried out from relatively redundant reference. This redundancy allows both the setting up of preferential individual sensibility regarding those reference and important flexibility in choice of reference. Durant this work, we tested two main hypotheses. The first one is that observed interindividual differences during spatial orientation perception task depend on reference choice. The second one is that one of explanatory factors of interindividual differences during spatial orientation perception task be set in multisensory integration rules level used by the person. Results show that all frame of reference seem to consider by the people rejecting the first hypothesis according to which interindividual differences be explained by the ability of some subjects to exploit the "good" frame of reference. Results show that one of explanatory factors of interindividual differences is set in the way of central nervous system combine several information, some subjects (DC) seems unable to minimize "wrong" frame of reference influence (the least appropriate, the most biased) by reducing respective weight.

Nos travaux ont consisté à étudier les mécanismes perceptifs et neuronaux impliqués lors de la perception audiovisuelle de la parole chez des patients sourds postlinguaux implantés cochléaires et des sujets contrôles normo-entendants. Dans ce but nous avons testé les performances audiovisuelles des patients implantés au cours de suivis longitudinaux en compor-temental et en tomographie par émission de positrons, ainsi qu'au travers d'un paradigme de parole audio-visuelle incongruente (McGurk). Pour comparaison nous avons systématiquement testé des sujets contrôles dans les mêmes conditions. Nous avons également testé ces derniers en condition de lecture labiale puis en utilisant des dégradations de la parole auditive et audiovisuelle par du bruit blanc et par une simulation acoustique d'implant cochléaire. L'ensemble de ces études concorde pour indiquer, à la suite de l'implantation cochléaire, une réorganisation rapide des réseaux corticaux multi-sensoriels impliqués dans l'intégration audiovisuelle de la parole, aboutissant à une combinaison optimale des indices perceptifs audiovisuels.

Tout individu extrait de ses informations sensorielles des invariants directionnels lui permettant de percevoir sa propre situation spatiale ainsi que celle des objets qui l'entourent. Dans les situations habituelles, les traitements relatifs à l'orientation spatiale s'effectuent à partir de référentiels relativement redondants. Cette redondance autorise à la fois la mise en place d'une sensibilité individuelle préférentielle à l'égard d'un de ces référentiels ainsi qu'une large flexibilité dans le choix du référentiel. Lors de ce travail nous avons voulu tester deux hypothèses principales. La 1ère est que les différences interindividuelles observées lors de tâches de perception d'orientation spatiales dépendent du choix du référentiel. La 2nd hypothèse est que l'un des facteurs explicatifs de la variabilité interindividuelle lors de tâches de perception d'orientation spatiale se situe au niveau des règles d'intégration multisensorielle utilisées par les individus. Les résultats montrent que l'ensemble des cadres de références semblent pris en compte par les individus rejetant ainsi la 1ère hypothèse selon laquelle les différences interindividuelles s'expliqueraient par la capacité de certains sujets à exploiter le "bon" cadre de référence. Les résultats montrent que l'un des facteurs explicatifs des différences interindividuelles se situe dans la manière dont le système nerveux central combinerait les différentes informations, certains sujets (DC) semblant incapables de minimiser l'influence des "mauvais" cadre de référence (les moins appropriés, les plus biaisés) en diminuant leur poids respectifs.

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

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les simulateurs de conduite permettent d’explorer certains domaines de recherche difficiles à appréhender en conditions réelles, comme l'intégration de différents signaux sensoriels (ex. visuel, vestibulaire, somesthésique) pour la perception du mouvement. Malgré leur complexité, les simulateurs de conduite ne produisent pas toujours une sensation de conduite réelle, spécialement dans les situations comportant des freinages ou des virages. Leurs limites mécaniques en sont la cause. En conséquence, les lois de mouvement des simulateurs sont basées sur la technique de la « tilt-coordination ». Cette technique consiste à incliner un véhicule de telle sorte que la force gravitationnelle soit équivalente à l’accélération gravito-inertielle (GIA) résultant d’une accélération linéaire. La « tilt-coordination » se base sur l'ambigüité perçue par le système vestibulaire entre un basculement et une translation. Sur simulateur de conduite, l'algorithme « washout » combine la « tilt-coordination » à des translations pour produire une sensation d'accélération linéaire. L'objectif de ces travaux de recherche est d'atteindre une meilleure compréhension de l'intégration multisensorielle pour la perception des accélérations linéaires en simulateur de conduite. Les expériences présentées ci-dessous montrent que la perception des décélérations linéaires dépend de la manière dont le basculement et la translation sont combinés pour produire une perception cohérente. Par ailleurs, nos résultats montrent qu'il y a une différence importante dans la perception des accélérations et des décélérations. Pour le freinage, le rapport basculement/translation le plus réaliste dépend du niveau de décélération. Pour l'accélération, le mouvement est généralement surestimé et dépend du niveau d'accélération. Dans ce cas, la perception ne dépend pas du rapport basculement/translation. Ces résultats suggèrent que les signaux visuels, vestibulaires et somesthésiques sont intégrés de façon Bayésienne. En conclusion, il n'est pas conseillé d'utiliser l'algorithme « washout » sans prendre en compte la non-linéarité de la perception humaine. Nous proposons un modèle qui décrit la relation entre le basculement, la translation et le niveau d'accélération ou décélération souhaité. Ce modèle peut être utilisé pour améliorer la loi du mouvement afin de produire des simulations de conduite plus réalistes. / Driving simulators allow the exploration of certain areas of research that are difficult to reach in normal conditions, like the integration of different sensory inputs (visual, vestibular and somesthesic) for perception of self-motion. In spite of their complexity, driving simulators do not produce a realistic sensation of driving, especially for braking and turnings. This is due to their mechanical limitations. As a consequence, driving simulators' motion algorithm is based on tilt-coordination technique, which assumes the tilt of the car so that the driver's force of gravity is oriented in the same way as the gravito-inertial acceleration (GIA) during a linear acceleration. This technique is based on the tilt-translation ambiguity of the vestibular system and is used on dynamic driving simulators in combination with linear translations in so-called washout algorithm, to produce a sensation of linear acceleration. The aim of the present research is to understand how humans use multiple sensory signals (vestibular, visual and somatosensory) during the perception of linear acceleration on a driving simulator. The conducted experiments show that the perception of motion depends on the manner tilt and translation are used together to provide a unified percept of linear acceleration. Further, our results show that there is an important difference on how humans perceive accelerations and decelerations. For braking, the most realistic tilt/translation ratio depends on the level of deceleration. For acceleration, the motion is generally overestimated and depends on the level of acceleration, but not on the variation of tilt/translation ratio. The results suggest that visual, vestibular and proprioceptive cues are integrated in an optimal Bayesian fashion. In conclusion, it is not advisable to use a washout algorithm without taking into account the non-linearity of human perception. We propose an empirically found data-driven fitting model that describes the relationship between tilt, translation and the desired level of acceleration or deceleration. This model is intended to be a supplement to motion cueing algorithms that should improve the realism of driving simulations.

Au quotidien, notre système nerveux central utilise et intègre de multiples informations sensorielles pour percevoir de façon cohérente et efficace les mouvements de notre corps et de nos membres. Une littérature abondante a décrit chacune des contributions des entrées sensorielles visuelle, proprioceptive musculaire ou encore tactile dans l’émergence de cette perception, appelée kinesthésie. Mais des questions demeurent quant aux principes régissant l’intégration de ces différents sens à des fins kinesthésiques. Cette thèse apporte des éléments de réponse en soulignant la contribution majeure de la proprioception musculaire dans la construction des percepts multisensoriels kinesthésiques chez l’adulte jeune. Compte tenu du déclin de toutes les modalités sensorielles au cours du vieillissement, nous avons étudié l’évolution possible de ces règles d’intégration dans la dernière partie de ce travail.Revisitant un phénomène illusoire classiquement considéré comme d’origine purement visuelle, le paradigme miroir, nous montrons tout d’abord l’influence des afférences proprioceptives musculaires controlatérales dans l’estimation visuo-proprioceptive des mouvements d’un segment corporel, le bras. En effet, nos résultats montrent que cette illusion de mouvement d’un bras caché derrière un miroir, crée par la réflexion du bras controlatéral en mouvement dans ce miroir, émerge de la prise en compte des informations visuelles mais également des afférences proprioceptives bilatérales. Dans un deuxième temps, pour estimer plus précisément les contributions relatives et interactions entre différentes modalités, nous appliquons des stimulations sensorielles spécifiques des entrées visuelles, tactiles et/ou proprioceptives musculaires, induisant des sensations illusoires de mouvement de la main chez des sujets parfaitement immobiles. En combinant méthode psychophysique et modélisation bayésienne, nous démontrons que l’intégration des informations visuelles et tactiles permet d’optimiser la capacité à discriminer la vitesse des mouvements de la main ; Toutefois, la perception kinesthésique demeure biaisée en faveur des informations proprioceptives musculaires chez des sujets adultes jeunes. Enfin, dans une perspective développementale, nous mettons en évidence un changement de pondération relative entre ces trois différentes entrées au cours du vieillissement en faveur des afférences d’origine tactile et visuelle, probablement dû à une altération plus importante de la sensibilité proprioceptive musculaire. / In our daily live, our central nervous system uses and integrates multiples sensory information to efficiently and accurately perceive self-body and self-limb movements. An important part of the studies on this perception, called kinesthesia, address the question of the multisensory integration principles in this particular perceptive domain. This thesis brings up some answers to this question, enlightening muscle proprioception major contribution to the elaboration of multisensory kinesthetic percepts in young adults and changes occurring with age in the rules governing the integration of vision touch and muscle proprioception in kinesthesia.Revisiting a classical illusory phenomenon implicitly supposed of visual origin, the mirror paradigm, we investigate how the contralateral muscle proprioceptive afferences contribute to the visuo-proprioceptive estimation of self-arm movements. Indeed, the movement illusion of an arm, hidden behind a mirror, created by the reflection of the contralateral arm moving in this mirror seems to emerge from the integration of visual and bilateral proprioceptive feedbacks, as attested by our results. Then, in order to estimate the relative contribution and interaction of vision, touch, and muscle proprioception, we applied specific sensory stimulations on muscle proprioception, touch and/or vision. These stimulations elicit in perfectly still participants self-hand movement illusions. Combining psychophysics and Bayesian approach, we demonstrate that visual and tactile cue integration leads to an optimization of our ability to discriminate self-hand rotation velocity. Nevertheless, kinesthesia remains biased in favor of proprioceptive cues. Finally, knowing that all sensory systems decline across life span, we study the potential evolution of multisensory integration rules in kinesthesia with age. We show a profound reshaping in the weighting of the three sensory entries in older individuals, in favor of touch and vision, probably due to a relative greater impairment of muscle proprioception.

La kinesthésie chez l’Homme repose sur le traitement des multiples informations sensorielles générées au cours de l’action. Notre démarche expérimentale vise à évaluer l’apport respectif des sensibilités proprioceptive musculaire, tactile et visuelle à la perception des mouvements du corps. Utilisant des leurres sensoriels capables de créer des illusions kinesthésiques, nous recherchons, lors d'approches psychophysiques et en neuroimagerie, les règles et aires cérébrales impliquées dans la fusion multisensorielle. Ce travail confirme que chacune des trois modalités véhicule des informations pertinentes pour le système nerveux central (SNC), qui se combinent différemment selon la vitesse du mouvement et les modalités en présence. Tact et vision véhiculent des informations cinématiques redondantes, complémentaires de la proprioception, relatives aux mouvements du corps dans son environnement. Elles semblent plus fiables pour coder des mouvements lents (Blanchard et al., 2011, 2013). L'IRMf met en lumière un réseau de convergence hétéromodal de perception d’un mouvement de la main et confirme que les régions pariéto-cérebello-insulaires sont le siège de processus d'intégration supramodaux. En combinant trois signaux sensoriels différents, ce travail fournit la preuve originale de leur intégration à différents niveaux du SNC, des aires primaires, jusqu’aux aires supérieures du traitement de l’information. Rappelant le modèle de "Modality Appropriateness" de Welch & Warren (1986), nos résultats soutiennent l'idée d'une pondération des entrées, optimisant la kinesthésie, en fonction de leur relative pertinence à coder un évènement donné. / Human kinesthesia is based on the processing of a great amount of sensory information available during action. To assess the respective contribution of muscle proprioception, vision and touch of self-movement perception, our experimental approach relies on sensory lures likely to generate illusory sensations of movement. In psychophysics and functional neuroimaging (fMRI) experimental setting, we try to better understand how and where this "multisensory fusion" occurs. This work confirms that each modality conveys kinesthetic information relevant for the central nervous system (CNS), is combined in a non-equivalent way according to the velocity of encoded movement and sensory modalities involved. Tact and vision seem to provide redundant cinematic information about body movements relatively to environment, complementary to muscle proprioceptive signals and seem to be more reliable for coding small velocities (Blanchard et al., 2011, 2013). Our neuroimaging results highlight a heteromodal network involved during kinesthesia and confirms that a supramodal insulo-cerebello-parietal region is the substrate for trisensory integration processing. By combining three kinesthetic signals from different sensory origins, this work provides evidence of integration at different levels of the CNS. Recalling the "Modality Appropriateness" model of Welch & Warren (1986), our results also support the idea of a weighted integration of sensory inputs, which would optimize kinesthesia, based on their relative relevance to encode a given event.