Der Schlussbericht der Technischen Universität Dresden zum BMBF-Leitprojekt intermobil Region Dresden umfasst 6 Bände. Die angezeigte pdf-Datei beinhaltet den 1. Band des Schlussberichtes. Die einzelnen Berichtsbände können unabhängig voneinander betrachtet werden - siehe Berichte "http://hsss.slub-dresden.de/hsss/servlet/hsss.urlmapping.MappingServlet?id=1118660298614-9427"; "http://hsss.slub-dresden.de/hsss/servlet/hsss.urlmapping.MappingServlet?id=1118660562002-2710"; "http://hsss.slub-dresden.de/hsss/servlet/hsss.urlmapping.MappingServlet?id=1118661343861-3160"; "http://hsss.slub-dresden.de/hsss/servlet/hsss.urlmapping.MappingServlet?id=1118661948859-7421"; "http://hsss.slub-dresden.de/hsss/servlet/hsss.urlmapping.MappingServlet?id=1118672209703-8900"; "http://hsss.slub-dresden.de/hsss/servlet/hsss.urlmapping.MappingServlet?id=1118672634107-4007".

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La littérature décrit certains phénomènes de réorganisation physiologique et fonctionnelle dans le cerveau des aveugles de naissance, notamment en ce qui a trait au traitement de l’information tactile et auditive. Cependant, le système olfactif des aveugles n’a reçu que très peu d’attention de la part des chercheurs. Le but de cette étude est donc de comprendre comment les aveugles traitent l’information olfactive au niveau comportemental et d’investiguer les substrats neuronaux impliqués dans ce processus. Puisque, en règle générale, les aveugles utilisent leurs sens résiduels de façon compensatoire et que le système olfactif est extrêmement plastique, des changements au niveau de l’organisation anatomo-fonctionnelle pourraient en résulter. Par le biais de méthodes psychophysiques et d’imagerie cérébrale (Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle-IRMf), nous avons investigué les substrats anatomo-fonctionnels sollicités par des stimuli olfactifs. Nous avons trouvé que les aveugles ont un seuil de détection plus bas que les voyants, mais que leur capacité à discriminer et identifier des odeurs est similaire au groupe contrôle. Ils ont aussi plus conscience de l’environnement olfactif. Les résultats d’imagerie révèlent un signal BOLD plus intense dans le cortex orbitofrontal droit, le thalamus, l’hippocampe droit et le cortex occipital lors de l’exécution d’une tâche de détection d’odeur. Nous concluons que les individus aveugles se fient d’avantage à leur sens de l’odorat que les voyants afin d’évoluer dans leur environnement physique et social. Cette étude démontre pour la première fois que le cortex visuel des aveugles peut être recruté par des stimuli olfactifs, ce qui prouve que cette région assume des fonctions multimodales. / It is generally acknowledged that people blind from birth develop supra-normal sensory abilities in order to compensate for their visual deficit. While extensive research has been done on the somatosensory and auditory modalities of the blind, information about their sense of smell remains scant. The goal of this study was therefore to understand olfactory processing in the blind at the behavioral and the neuroanatomical levels. Since blind individuals use their remaining senses in a compensatory way to assess their environment and since the olfactory system is highly plastic, it is likely to be susceptible to changes similar to those observed for tactile and auditory modalities. We used psychophysical testing and functional magnetic resonance imaging (fMRI) to investigate the neuronal substrates responsible for odor processing. Our data showed that blind subjects had a lower odor detection threshold compared to the sighted. However, no group differences were found for odor discrimination and odor identification. Interestingly, the OAS revealed that blind participants scored higher for odor awareness. Our fMRI data revealed stronger BOLD responses in the right lateral orbitofrontal cortex, bilateral medio-dorsal thalamus, right hippocampus and left occipital cortex in the blind participants during an odor detection task. We conclude that blind subjects rely more on their sense of smell than the sighted in order to assess their environment and to recognize places and people. This is the first demonstration that the visual cortex of the blind can also be recruited by odorants, thus adding new evidence to its multimodal function.

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

Thèse réalisée en collaboration avec le Département de neurosciences et pharmacologie de l'Université de Copenhague, Danemark. / La vision est cruciale dans la recherche et l’identification de nourriture. Non seulement elle déclenche le réflexe céphalique de la digestion mais, combinée à l’expérience alimentaire, elle aide à raffiner nos prévisions par rapport aux aliments. En un simple clin d’œil, la vue renseigne sur la disponibilité, l’identité, la comestibilité, les saveurs, les textures et les contenus nutritionnel, calorique et toxique des aliments qui nous entourent. Étant donnée l’importance de la vue dans l’expérience gustative, il est judicieux de se poser la question suivante : Qu’arrive-t-il au goût en absence de vision? Cette thèse répond à cette question par l’étude de cette modalité chez l’aveugle de naissance grâce aux techniques de psychophysique et d’imagerie cérébrale. De plus, les conséquences gustatives de la cécité sont comparées à celles suivant la perte d’un autre sens important dans l’appréciation des aliments, soit l’odorat (anosmie). Les résultats comportementaux démontrent premièrement que l’absence de vision depuis la naissance abaisse la sensibilité gustative, reflétée par des seuils élevés de détection et d’identification des cinq goûts de base (sucré, salé, acide, amer, umami). Deuxièmement, bien que les aveugles congénitaux aient plus de facilité à identifier les odeurs comestibles par leurs narines (voie olfactive orthonasale), ceux-ci perdent leur avantage par rapport aux voyants quand ils doivent identifier ces stimuli placés sur la langue (voie olfactive rétronasale). Les résultats d’imagerie indiquent en outre que les aveugles congénitaux activent moins leur cortex gustatif primaire (insula/opercule) et leur hypothalamus par rapport aux voyants durant une tâche gustative. De plus, l’absence d’activation dans le cortex (« visuel ») occipital chez l’aveugle pointe vers le manque de plasticité intermodale en gustation. Chez les anosmiques congénitaux d’autre part, non seulement l’absence d’odorat diminue l’habileté à reconnaître les goûts mais elle abaisse également la force du signal dans les aires olfactives (ex : cortex orbitofrontal médial) durant une tâche gustative. Les résultats chez l’aveugle contrastent grandement avec les études antérieures soulignant l’amélioration de leurs sens extéroceptifs tels que l’audition, l’olfaction (orthonasale) et le toucher qui font tous intervenir la plasticité intermodale. Par ailleurs, les données chez l’anosmique concordent avec ceux de la littérature indiquant une diminution similaire de la chémosensation trigéminale, laquelle est également associée à un affaiblissement du circuit neural des saveurs. Ceci suggère que le sens du goût ne soit pas utile aux handicapés visuels pour percevoir l’environnement extérieur et ainsi compenser leur perte de vision. De plus, bien que l’odorat participe à l’appréciation de la nourriture en bouche, sa perte n’entraîne pas de compensation sensorielle chez l’anosmique. Prises ensemble, ces données indiquent différents mécanismes d’adaptation suivant la cécité et l’anosmie. Elles soutiennent également le point de vue selon lequel la perception unifiée de goûts et de saveurs inclut non seulement les sens chimiques et le toucher mais également la vision. Considérant l’importance du goût et de l’alimentation dans la qualité de vie, ces résultats encouragent la société tout comme les professionnels de la réadaptation à faciliter l’accès à la nourriture ainsi qu’à l’enseignement culinaire chez les handicapés sensoriels. / Vision is crucial for seeking and identifying food. Not only does it trigger the cephalic digestion reflex but, when combined with the experience of eating, it helps to refine expectations about foods. In a single eye blink, sight informs us about the availability, identity, palatability, flavours, textures as well as nutritional, caloric and toxic contents of foods surrounding us. Given the importance of sight in the gustatory experience, one may therefore ask the following question: What happens to gustation without vision? This thesis answers this question by studying this modality in congenitally blind subjects using psychophysical and brain imaging techniques. Additionally, the gustatory consequences of blindness are compared to those following the loss of another important modality involved in the appreciation of food, i.e. the sense of smell (anosmia). Behavioural results first show that the absence of vision from birth reduces the gustatory sensitivity, as reflected by higher detection and identification thresholds of the five basic tastes (sweet, salty, acid, bitter, umami). Second, although congenitally blind subjects are better at identifying palatable odorant stimuli through their nostrils (orthonasal olfactory route), they lose this advantage over sighted people when identifying these stimuli placed on their tongue (retronasal olfactory route). Neuroimaging results also reveal that congenitally blind subjects activate the primary gustatory cortex (insula/operculum) and the hypothalamus less compared to blindfolded sighted participants. Moreover, the absence of occipital (“visual”) cortex activity in the blind points towards the lack of crossmodal plasticity in gustation. In congenitally anosmics, on the other hand, not only does the absence of smell lower the ability to recognize tastes but it also lowers the strength of the signal in olfactory areas (e.g. medial orbitofrontal cortex) during a gustatory task. The results in the blind greatly contrast with previous studies highlighting the enhancement of their exteroceptive senses such as audition, (orthonasal) olfaction and touch, all of which involve crossmodal plasticity. Moreover, data in the anosmic group are consistent with previous literature describing similar decrease of trigeminal chemosensation that is also associated with a weakening of the flavour neural network. This suggests that the sense of taste is not useful to the visually impaired to perceive their exterior environment and compensate for their lack of vision. Furthermore, although olfaction contributes to the appreciation of foods in the mouth, the lack of this modality does not drive sensory compensation in anosmic subjects. Taken together, these data indicate different adaptation mechanisms following blindness and anosmia. They also support the view according to which the unified perception of tastes and flavours includes not only the chemical senses (taste, smell and trigeminal chemosensation) and touch but also vision. Given the importance of taste and eating experience in quality of life, these results encourage society as well as rehabilitation professionals to facilitate access to foods and culinary lessons in sensory deprived subjects.

La littérature décrit certains phénomènes de réorganisation physiologique et fonctionnelle dans le cerveau des aveugles de naissance, notamment en ce qui a trait au traitement de l’information tactile et auditive. Cependant, le système olfactif des aveugles n’a reçu que très peu d’attention de la part des chercheurs. Le but de cette étude est donc de comprendre comment les aveugles traitent l’information olfactive au niveau comportemental et d’investiguer les substrats neuronaux impliqués dans ce processus. Puisque, en règle générale, les aveugles utilisent leurs sens résiduels de façon compensatoire et que le système olfactif est extrêmement plastique, des changements au niveau de l’organisation anatomo-fonctionnelle pourraient en résulter. Par le biais de méthodes psychophysiques et d’imagerie cérébrale (Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle-IRMf), nous avons investigué les substrats anatomo-fonctionnels sollicités par des stimuli olfactifs. Nous avons trouvé que les aveugles ont un seuil de détection plus bas que les voyants, mais que leur capacité à discriminer et identifier des odeurs est similaire au groupe contrôle. Ils ont aussi plus conscience de l’environnement olfactif. Les résultats d’imagerie révèlent un signal BOLD plus intense dans le cortex orbitofrontal droit, le thalamus, l’hippocampe droit et le cortex occipital lors de l’exécution d’une tâche de détection d’odeur. Nous concluons que les individus aveugles se fient d’avantage à leur sens de l’odorat que les voyants afin d’évoluer dans leur environnement physique et social. Cette étude démontre pour la première fois que le cortex visuel des aveugles peut être recruté par des stimuli olfactifs, ce qui prouve que cette région assume des fonctions multimodales. / It is generally acknowledged that people blind from birth develop supra-normal sensory abilities in order to compensate for their visual deficit. While extensive research has been done on the somatosensory and auditory modalities of the blind, information about their sense of smell remains scant. The goal of this study was therefore to understand olfactory processing in the blind at the behavioral and the neuroanatomical levels. Since blind individuals use their remaining senses in a compensatory way to assess their environment and since the olfactory system is highly plastic, it is likely to be susceptible to changes similar to those observed for tactile and auditory modalities. We used psychophysical testing and functional magnetic resonance imaging (fMRI) to investigate the neuronal substrates responsible for odor processing. Our data showed that blind subjects had a lower odor detection threshold compared to the sighted. However, no group differences were found for odor discrimination and odor identification. Interestingly, the OAS revealed that blind participants scored higher for odor awareness. Our fMRI data revealed stronger BOLD responses in the right lateral orbitofrontal cortex, bilateral medio-dorsal thalamus, right hippocampus and left occipital cortex in the blind participants during an odor detection task. We conclude that blind subjects rely more on their sense of smell than the sighted in order to assess their environment and to recognize places and people. This is the first demonstration that the visual cortex of the blind can also be recruited by odorants, thus adding new evidence to its multimodal function.

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

Der Schlussbericht der Technischen Universität Dresden zum BMBF-Leitprojekt intermobil Region Dresden umfasst 6 Bände. Die angezeigte pdf-Datei beinhaltet den 1. Band des Schlussberichtes. Die einzelnen Berichtsbände können unabhängig voneinander betrachtet werden - siehe Berichte "http://hsss.slub-dresden.de/hsss/servlet/hsss.urlmapping.MappingServlet?id=1118660298614-9427"; "http://hsss.slub-dresden.de/hsss/servlet/hsss.urlmapping.MappingServlet?id=1118660562002-2710"; "http://hsss.slub-dresden.de/hsss/servlet/hsss.urlmapping.MappingServlet?id=1118661343861-3160"; "http://hsss.slub-dresden.de/hsss/servlet/hsss.urlmapping.MappingServlet?id=1118661948859-7421"; "http://hsss.slub-dresden.de/hsss/servlet/hsss.urlmapping.MappingServlet?id=1118672209703-8900"; "http://hsss.slub-dresden.de/hsss/servlet/hsss.urlmapping.MappingServlet?id=1118672634107-4007".

La présente thèse étudie la modélisation conjointe des contenus visuels et textuels extraits à partir des documents multimédias pour résoudre les problèmes intermodaux. Ces tâches exigent la capacité de ``traduire'' l'information d'une modalité vers une autre. Un espace de représentation commun, par exemple obtenu par l'Analyse Canonique des Corrélation ou son extension kernelisée est une solution généralement adoptée. Sur cet espace, images et texte peuvent être représentés par des vecteurs de même type sur lesquels la comparaison intermodale peut se faire directement.Néanmoins, un tel espace commun souffre de plusieurs déficiences qui peuvent diminuer la performance des ces tâches. Le premier défaut concerne des informations qui sont mal représentées sur cet espace pourtant très importantes dans le contexte de la recherche intermodale. Le deuxième défaut porte sur la séparation entre les modalités sur l'espace commun, ce qui conduit à une limite de qualité de traduction entre modalités. Pour faire face au premier défaut concernant les données mal représentées, nous avons proposé un modèle qui identifie tout d'abord ces informations et puis les combine avec des données relativement bien représentées sur l'espace commun. Les évaluations sur la tâche d'illustration de texte montrent que la prise en compte de ces information fortement améliore les résultats de la recherche intermodale. La contribution majeure de la thèse se concentre sur la séparation entre les modalités sur l'espace commun pour améliorer la performance des tâches intermodales. Nous proposons deux méthodes de représentation pour les documents bi-modaux ou uni-modaux qui regroupent à la fois des informations visuelles et textuelles projetées sur l'espace commun. Pour les documents uni-modaux, nous suggérons un processus de complétion basé sur un ensemble de données auxiliaires pour trouver les informations correspondantes dans la modalité absente. Ces informations complémentaires sont ensuite utilisées pour construire une représentation bi-modale finale pour un document uni-modal. Nos approches permettent d'obtenir des résultats de l'état de l'art pour la recherche intermodale ou la classification bi-modale et intermodale. / This thesis investigates the joint modeling of visual and textual content of multimedia documents to address cross-modal problems. Such tasks require the ability to match information across modalities. A common representation space, obtained by eg Kernel Canonical Correlation Analysis, on which images and text can be both represented and directly compared is a generally adopted solution.Nevertheless, such a joint space still suffers from several deficiencies that may hinder the performance of cross-modal tasks. An important contribution of this thesis is therefore to identify two major limitations of such a space. The first limitation concerns information that is poorly represented on the common space yet very significant for a retrieval task. The second limitation consists in a separation between modalities on the common space, which leads to coarse cross-modal matching. To deal with the first limitation concerning poorly-represented data, we put forward a model which first identifies such information and then finds ways to combine it with data that is relatively well-represented on the joint space. Evaluations on emph{text illustration} tasks show that by appropriately identifying and taking such information into account, the results of cross-modal retrieval can be strongly improved. The major work in this thesis aims to cope with the separation between modalities on the joint space to enhance the performance of cross-modal tasks.We propose two representation methods for bi-modal or uni-modal documents that aggregate information from both the visual and textual modalities projected on the joint space. Specifically, for uni-modal documents we suggest a completion process relying on an auxiliary dataset to find the corresponding information in the absent modality and then use such information to build a final bi-modal representation for a uni-modal document. Evaluations show that our approaches achieve state-of-the-art results on several standard and challenging datasets for cross-modal retrieval or bi-modal and cross-modal classification.

La vision est le sens privilégié pour intéragir avec notre environnement. C’est pourquoi le système visuel prend plus d’un tiers du cortex cérébral. Lorsqu’un individu perd sa vision, ce système est dépourvu de sa source première de stimuli. Il subit donc une réorganisation neuronale massive et devient un espace intermodal. Pour ce faire, il recrute des afférences des autres modalités afin que celles-ci prennent en charge les fonctions qui sont normalement soutenues par la vision. Ce phénomène, appelé plasticité cérébrale, est stimulé par la durée de la cécité et par l’entraînement des sens fonctionnels. Ceci fait en sorte que les aveugles développent des supra-capacités dans les modalités fonctionnelles. La substitution sensorielle est un principe qui exploite ce phénomène. Celle-ci permet de substituer un sens déficient par un autre sens. Pour ce faire, des appareils de substitution sensorielle sont développés pour acheminer des informations visuelles via le toucher ou l’audition. Bien que le but de ces appareils est d’offrir une vision fonctionnelle aux aveugles, la problématique principale demeure l’indépendance de navigation des aveugles. Cependant, ces appareils sont très peu appréciés par les aveugles parce qu’ils sont inaccessibles et qu’ils fournissent un signal complexe qui demande un entraînement intense et une charge cognitive trop élevée. Dans ce projet, nous avons évalué le potentiel d’un nouvel appareil de substitution sensorielle qui fournit des informations strictement pertinentes à la navigation spatiale sous la forme de sons spatialisés horizontalement. Pour ce faire, des participants aveugles précoces, aveugles tardifs et des voyants aux yeux bandés ont été testé pour leurs habiletés à détecter et éviter des obstacles à l’aide de l’appareil dans des conditions expérimentales de détection et d’évitement d’obstacles. L’étude a démontré qu’il est possible d’utiliser cet appareil en tant qu’aide à la navigation et que ce système est utilisé plus efficacement par les groupes d’aveugles. / Vision is the preferred sense for interacting with our environment. This is why the visual system takes up more than a third of the cerebral cortex. When an individual loses his vision, this system misses its primary source of stimuli. It therefore undergoes a massive neuronal reorganization and becomes an intermodal space. To do so, it recruits afferents from other modalities so that they take over the functions that are normally mediated by vision. This phenomenon, known as cerebral plasticity, is stimulated by the experience of blindness as well as by the training of the functional senses. This causes the blind to develop supra-abilities in their functional modalities. Sensory substitution is a principle that exploits this phenomenon. It makes it possible to substitute a deficient modality with another modality. To help the blind, sensory substitution devices are being developed to convey visual information via touch or hearing. Although these devices attempt to provide functional vision for the blind, the main issue they try to address is the improvement of the navigational independency of the blind. However, these devices are very little appreciated by the blind since they are inaccessible and provide a complex signal that requires intense training and too high of a cognitive load. Therefore, in this project, we evaluated the potential of a new sensory substitution device that provides information strictly relevant to spatial navigation in the form of horizontally spatialized sounds. To do so, early blind , late blind and sighted blindfolded individuals were tested for their ability to detect and avoid obstacles using the device under experimental conditions. The study showed that it is possible to use this device as a navigation aid and that this system is used more effectively by the blind.