Voir les gestes articulatoires de son interlocuteur permet d’améliorer significativement le décodage et la compréhension du signal acoustique de parole émis. Un premier objectif de cette thèse était de déterminer si les interactions multimodales lors de la perception de parole, en plus d’impliquer classiquement les informations auditives et visuelles transmises par le son et le visage du locuteur, pouvaient être déclenchées par d’autres sources sensorielles moins communément utilisées dans la communication parlée, comme la perception tactile de la parole ou encore la perception visuelle des mouvements de la langue. Parallèlement, nos travaux avaient également pour but de déterminer l’implication possible du système moteur dans ces mécanismes de perception multisensorielle. Enfin, un autre enjeu de nos recherches était de déterminer plus avant le décours temporel et l’organisation neuroanatomique fonctionnelle de ces mécanismes d’intégration à l’aide de différentes techniques comme l’électro-encéphalographie, l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle ou encore la stimulation magnétique transcrânienne. Nos travaux ont permis d’élargir la notion de « multisensorialité de la parole » en mettant en évidence une facilitation des traitements temporels auditifs lors de la perception audio-tactile de la parole et lors de l’observation de nos propres mouvements articulatoires. D’autre part, nos études ont fourni de nouveaux arguments en faveur d’un rôle fonctionnel du système moteur lors de la perception de parole en montrant une activation plus importante des régions motrices lors de l’observation de mouvements de la langue ainsi qu’un recrutement plus bilatéral du cortex prémoteur ventral au cours du vieillissement. Pris ensemble, nos résultats renforcent l’idée d’un couplage fonctionnel, d’une co-structuration des systèmes de perception et de production de la parole. Les études présentées dans cette thèse appuient ainsi l’existence de connexions entre régions sensorielles, intégratives et motrices permettant la mise en œuvre de processus et traitements multisensoriels, sensorimoteurs et prédictifs lors de la perception et compréhension des actions de parole. / Seeing the speaker’s articulatory gestures significantly enhances auditory speech perception. A key issue is whether cross-modal speech interactions only depend on well-known auditory and visual inputs from the speaker’s voice and face or, rather, might also be triggered by other sensory sources less common in speech communication, such as tactile information or vision of the tongue movements. Another goal of the present research was to determine the possible role of the motor system in these multisensory processes. Finally, we used electro-encephalographic, functional magnetic resonance imaging and transcranial magnetic stimulation techniques in order to better understand the time course and the functional neuroanatomical organization of these integration mechanisms. Our results extent the concept of “multisensory speech perception” by highlighting a facilitation of auditory processes during audio-haptic speech perception as well as during the observation of our own articulatory movements. They also provide new evidence in favor of a functional role of the motor system in speech perception by demonstrating an increase of motor activity during visuo-lingual speech perception and a more bilateral ventral premotor cortex recruitment during speech perception across aging. Taken together, our results reinforce the idea of a functional coupling and a co-structuring of speech perception and production systems. Our work support the existence of connections between sensory, integrative and motor regions allowing the implementation of multisensory, sensorimotor and predictive processes in the perception and understanding of speech actions.

Jouer un instrument de musique demande l’interaction des informations provenant de multiples sens. Cette expérience sensorielle a des effets sur les réseaux corticaux et sur les habiletés comportementales chez les musiciens professionnels qui pratiquent pour plusieurs années. L’entrainement musical semble avoir un effet sur les sens, incluant le toucher, mais peu de recherches se sont penchées sur les habiletés tactiles chez les musiciens. L’objectif de cette thèse est d’évaluer les capacités tactiles unisensorielles et multisensorielles non musicales chez les musiciens à l’aide de méthodologies comportementales. La première étude avait pour objectif d’évaluer les temps de réaction auditifs, tactiles, et audiotactiles chez les musiciens. Les temps de réaction de 16 musiciens et 19 membres d’un groupe témoin ont été évalués. Les résultats de cette recherche suggèrent que les musiciens ont des temps de réaction significativement plus rapide pour des stimulations auditives, tactiles, et audiotactiles. La seconde étude avait comme objectif d’évaluer l’interaction d’informations audiotactiles temporelle et spectrale chez les musiciens. Les interactions audiotactiles de 13 musiciens et de 17 membres d’un groupe témoin ont été évaluées à l’aide d’illusions multisensorielles. Les résultats de cette recherche suggèrent que seulement l’interaction audiotactile temporelle est significative différente entre les groupes. La troisième étude avait pour objectif d’évaluer la localisation spatiale tactile chez les musiciens. La localisation spatiale tactile chez 17 musiciens et 20 membres d’un groupe témoin a été évaluée à l’aide de tâche de jugement d’ordre temporel tactile. Les résultats de cette recherche suggèrent que les musiciens ont un taux d’erreur plus élevé pour localiser des stimulations tactiles quand leurs bras sont croisés, mais qu’ils ont des temps de réaction plus rapides pour cette tâche. Généralement, les résultats de ces recherches suggèrent qu’un entrainement musical à long terme améliore les capacités tactiles unisensorielles et multisensorielles, mais seulement pour certaines tâches. D’autres études sont requises afin de mieux comprendre les facteurs de l’entrainement musical menant à ces changements. / Playing a musical instrument requires the integration of information from multiple senses. The long-term sensory training from playing a musical instrument for many years has effects on cortical networks and behavioral abilities. Touch is a sensory modality that seems to be altered by musical training, but little research has focused on the tactile abilities of musicians. The objective of this thesis is to assess non-musical unisensory and multisensory tactile abilities in musicians using behavioral methodologies. The first study aimed at evaluating simple auditory, tactile, and audiotactile reaction times in musicians. Reaction times of 16 musicians and 19 controls were evaluated. The results of this study suggest that musicians have significantly faster response times for auditory, tactile, and audiotactile stimulations. The second study aimed at evaluating the integration of temporal and spectral audiotactile information in musicians. Audiotactile interactions of 13 musicians and 17 controls were evaluated using multisensory illusions. The results of this research suggest that only temporal audiotactile interactions are different for musicians. The third study aimed at assessing temporal tactile localization in musicians using tactile temporal order judgement task. Temporal tactile localization was evaluated in 17 musicians and 20 members of a control group. The results of this study suggest that musicians have a higher error rate to localize tactile stimulations when their arms are crossed but generally have faster reaction times for this task. All of these results suggest that musicians have altered tactile abilities. Overall, these results suggest that long-term musical training alters specific unisensory and multisensory tactile abilities. Further studies are required to better understand the factors of musical training leading to these changes and why certain interactions remain unchanged.

Comment le cerveau intègre-t-il toutes les informations sensorielles qu'il reçoit en une perception cohérente de l'environnement ? Cette intrigante et importante question en neuroscience n’est pas élucidée et a inspiré ce travail de thèse. Plus précisément, mon objectif a été d’étudier les modifications cérébrales induites par l’apprentissage d’une association entre un son et une odeur. Inhabituelle chez l’homme, hormis dans l’alimentation, cette association est pourtant fréquente chez l’animal, pour la détection de prédateurs par exemple. Mais sons et odeurs permettent surtout d'étudier les mécanismes cérébraux nécessaires à l'association entre deux sens très différents : le système auditif traite l’information en temps réel tandis que le système olfactif est lent et rythmé par la respiration. Ce travail de thèse était centré autour de la question suivante : comment le cerveau traite-t-il les interactions multisensorielles audio-olfactives ? En enregistrant l’activité de potentiel de champs local de plusieurs structures cérébrales chez des rats en train d’apprendre cette association, nous avons pu mettre en évidence un potentiel rôle des oscillations neuronales béta (15-35 Hz), dans le traitement et la mise en mémoire des différentes informations sensorielles. Ces oscillations représenteraient un lien fonctionnel entre aires cérébrales distantes, permettant l’intégration et l’association d'informations de natures très différentes. / Multisensory interactions are constantly present in our everyday life and allow a unified representation of environment. Cross modal integration is often studied in multisensory associative brain regions, but recent findings suggest that most of the brain could be multisensory. But at this time, we still don’t know how the brain deals with information from different sensory systems. In this project, we want to understand whether the establishment of neuronal oscillations can functionally connect sensory regions and take part of the multisensory integration, and how this connection is built up by learning. For this, we examine changes in the cortical network involved in the acquisition of a multisensory association between a sound and an odor in rats through the analysis of the local field potentials’ oscillations The originality of the project is to sample a large network of brain structures including primary sensory cortex (primary auditory cortex, olfactory bulb) and multimodal areas towards which converge these two senses: the piriform and perirhinal cortices. We have developed a behavioral GO/NO GO test in which the rat must combine simultaneous auditory and olfactory informations to succeed. Data and brain signals obtained in this task suggest that the power of oscillations in beta frequency band within the olfactory areas and the coherences of oscillations between these areas are modified by the multisensory learning.