Visual information is processed by two separate visual pathways. One is the magnocellular visual pathway (M-pathway), which carries high temporal frequency information but low spatial frequency information. The other is the parvocellular visual pathway (P-pathway), which carries low temporal information but high spatial information. Kveraga and colleagues (2007) presented participants with high and low spatial frequency images and found that participants made faster and more accurate categorization responses to the low spatial frequency images. They hypothesized this was due to low spatial frequency “gist” information being rapidly carried by the M-pathway. Using diffuse light and hand posture manipulations, we replicated the advantage for low spatial frequency (LSF) images in both experiments, and also found a larger advantage for LSF information when biasing the M-pathway (using hand posture). We were unable to inhibit the M-pathway using red diffuse light. Thus, it does appear “gist” processing is uniquely carried by the M-pathway.

Visual information is processed by two separate visual pathways. One is the magnocellular visual pathway (M-pathway), which carries high temporal frequency information but low spatial frequency information. The other is the parvocellular visual pathway (P-pathway), which carries low temporal information but high spatial information. Kveraga and colleagues (2007) presented participants with high and low spatial frequency images and found that participants made faster and more accurate categorization responses to the low spatial frequency images. They hypothesized this was due to low spatial frequency “gist” information being rapidly carried by the M-pathway. Using diffuse light and hand posture manipulations, we replicated the advantage for low spatial frequency (LSF) images in both experiments, and also found a larger advantage for LSF information when biasing the M-pathway (using hand posture). We were unable to inhibit the M-pathway using red diffuse light. Thus, it does appear “gist” processing is uniquely carried by the M-pathway.

L'objectif de cette thèse était l'investigation du fonctionnement et des dysfonctionnements des deux systèmes visuels principaux (magnocellulaire et parvocellulaire). Une synthèse théorique sur la dissociation de ces deux systèmes et une revue sur les procédures expérimentales permettant de les dissocier constituaient la première partie de cette thèse. Ensuite, des arguments neuropsychologiques concernant le vieillissement normal et pathologique du système visuel ont été synthétisés et différents résultats de la littérature ont été analysés pour étayer cette dissociation. La quinzaine d’expériences réalisées a mis en évidence deux résultats principaux. Il y a un déficit massif du système parvocellulaire dans le vieillissement normal dès les étapes précoces du traitement et qui perdure aux étapes plus tardives, ainsi qu’un déficit magnocellulaire sous certaines conditions seulement. L'étude des dysfonctionnements visuels dans les pathologies à syndromes extrapyramidaux a montré que ces patients présentaient un déficit spécifiquement magnocellulaire en lien avec la dénervation dopaminergique dans le système central, objectivée à l’aide d’une technique de scintigraphie cérébrale. / The objective was to investigate the normal functioning and the impairment of the two main visual systems, the parvocellular and the magnocellular systems. A theoretical review on the two systems and on the experimental procedures that have been used to dissociate them is proposed in the first chapter. In a second part, a synthesis of the neuropsychological studies focusing on the normal aging of the visual system and on the visual deficits found in various pathologies, that support the parvocellular / magnocellular dissociation is presented. The experimental chapter comprised about fifteen experiments and showed two main results: 1/ a major low-level parvocellular impairment with normal aging that was not compensated at the later stages, and a slighter magnocellular impairment under certain conditions: 2/ a specific deterioration of the magnocellular system in extrapyramidal patients, correlated with dopamine denervation in two structures of the central system.

Cette thèse avait pour principal objectif d’étudier la dissociation du système magnocellulaire et parvocellulaire en testant l’évolution de ces systèmes dans le vieillissement normal et la réhabilitation à l’aide de lunettes à filtre jaune. Pour cela deux paradigmes expérimentaux dont les caractéristiques des stimuli permettaient de biaiser le traitement visuel vers l’un ou l’autre des deux systèmes et dont les tâches impliquaient un niveau de traitement cognitif plus ou moins élaboré ont été utilisés. A l’aide d’une tâche de discrimination de luminance, les travaux ont mis en évidence l’apparition d’un déficit parvocellulaire massif dans le vieillissement ainsi qu’un déficit magnocellulaire de moindre ampleur au début du vieillissement mais qui s’accentuait rapidement au-delà de 75 ans. Dans une tâche de catégorisation d’objets, la présence du déficit magnocellulaire avec l’âge et le grand âge a été corroborée mais aucune répercussion du déficit parvocellulaire mis en évidence à un niveau de traitement plus précoce n’a été observée dans cette tâche. Concernant la réhabilitation, seul le groupe de participants très âgé (>75 ans) a vu ses performances améliorées par le filtre jaune dans la condition impliquant spécifiquement le système magnocellulaire à l’épreuve de discrimination de luminance. Dans l’épreuve de catégorisation, les deux groupes de participants âgés et très âgés ont montré une diminution significative de leur temps de réponse avec le filtre jaune accompagnée d’une amélioration de la précision de catégorisation pour le groupe très âgé, spécifiquement dans la condition mettant en jeu le système magnocellulaire.L’ensemble des résultats confirment donc la dissociation neuropsychologique entre système magnocellulaire et parvocellulaire : ils peuvent être sollicités de façon privilégiée chez l’adulte jeune en faisant varier à la fois plusieurs caractéristiques de la stimulation et la tâche ; ils ne vieillissent pas au même rythme et l’un d’entre eux peut être spécifiquement réhabilité / The thesis aimed at studying the dissociation between the magnocellular and the parvocellular system by testing their evolution in normal aging and their rehabilitation with yellow filter glasses. Two experimental paradigms whose specific stimuli characteristics and task allow to bias visual processing toward one or the other system and which involved a low or an elaborated cognitive processing were used.In a luminance discrimination task, the results showed a massive parvocellular and a lower magnocellular deficit at the beginning of aging, but the magnocellular deficit increased rapidly beyond 75 years old. In an object categorization task, the presence of magnocellular deficit with age and very old age was corroborated but there was no parvocellular deficit suggesting that the parvocellular deficit found at earlier stage of processing had no consequence for higher-level processes.Regarding rehabilitation, yellow filter improved sensitivity in the discrimination of luminance specifically in the condition involving the magnocellular system and for the very old group of participants (> 75 years old) only. In the categorization task, yellow filter significantly decreased response time specifically in the condition isolating the magnocellular system for both old groups and increased the accuracy for the very-old group.Taken together, the results confirm the dissociation between the magnocellular and parvocellular systems. Magnocellular system undergoes age-related changes at later stage of ageing than parvocellular system and it could be rehabilitated with yellow filter

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L’objectif de ce travail de thèse était d’étudier l’implication des systèmes visuels magnocellulaire et parvocellulaire dans le traitement de langage écrit, spécialement dans l’identification des mots. Quatre études expérimentales ont été réalisées afin de documenter le rôle respectif de ces deux systèmes pour différentes composantes de la structure du mot écrit, la lettre (Etude 1), la longueur du mot (Etude 2) et l’enveloppe du mot (Etude 3), ainsi que le voisinage orthographique (Etude 4). La dissociation des deux sous-systèmes visuels se fondait sur leurs caractéristiques fonctionnelles spécifiques : sensibilité aux fréquences spatiales basses et au contraste de luminance pour le système magnocellulaire ; sensibilité aux fréquences spatiales moyennes et élevées et au contraste chromatique pour le système parvocellulaire. Les participants étaient des adultes jeunes normolecteurs et des enfants de 10-11 ans, lecteurs novices, afin d’envisager l’implication de chaque système visuel à deux étapes de leur développement : maturité chez l’adulte jeune ; en cours de maturation chez l’enfant. Les résultats ont confirmé le rôle prépondérant des traitements parvocellulaires, ce qui corroborait le privilège accordé au traitement des lettres et traits des lettres dans la reconnaissance visuelle des mots. Le traitement de la longueur du mot s’est en revanche révélé être une dimension sélectivement magnocellulaire. L’ensemble des résultats est discuté dans le cadre de l’approche coarse-to-fine. / The main objective was to study the implication of the magnocellular and the parvocellular visual systems in written language processing, specifically in word identification. Four studies were carried out to document the respective roles of these two systems, for different components of the written word structure, the letter (Study 1), the word length (Study 2), the word shape (Study 3) and the orthographic neighborhood (Study 4). The dissociation of the two visual systems was based on their specific functional characteristics: sensitivity to low spatial frequencies and luminance contrast for the magnocellular system; and sensitivity to medium and high spatial frequencies and chromatic contrast for the parvocellular system. The participants were young adult normal readers and 10-11 years-old children, novice readers, in order to consider the involvement of each visual system at two stages of their development: mature in young adults while still maturing in the children. The results confirmed the prominent role of parvocellular processing, which was consistent with the privilege accorded to the processing of letters and letters features in visual word recognition. On the other hand, word length processing has been shown to be a selectively magnocellular dimension. All results are discussed in the framework of the coarse-to-fine approach.

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

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

La consommation de poisson et de mammifères marins représente une source importante d’acides gras oméga-3 connus pour leurs effets bénéfiques sur le développement des fonctions cérébrales et notamment, sur le développement du système visuel. Afin de tester l’hypothèse selon laquelle l’exposition prénatale aux acides gras oméga-3 a des effets bénéfiques à long terme, nous avons examiné les fonctions visuelles chez des enfants Inuits d’âge scolaire exposés à de grandes quantités d’oméga-3 durant la période de gestation. Des enfants Inuits (n = 136; moyenne d’âge = 11.3 ans) du nord du Québec (Nunavik) ont participé à cette étude. Un protocole de potentiels évoqués visuels (PEVs) utilisant des stimuli en couleur et en mouvement a été employé afin d’appréhender les réponses parvo- et magnocellulaires respectivement. Les concentrations d’acide docosahexaénoïque (ADH) ont été mesurées à la naissance à partir du sang de cordon ombilical et au moment du testing, reflétant ainsi les expositions pré- et post-natales. Les relations entre les niveaux sanguins d’ADH et les PEVs ont été examinées à l’aide d’analyses de régression multiples, en tenant compte des contaminants environnementaux et d’autres variables potentiellement confondantes. Aucune association significative n’a été trouvée en ce qui concerne les stimuli de mouvement. Cependant, après ajustement pour les covariables, les concentrations d’ADH à la naissance étaient associées à une latence plus courte des composantes N1 et P1 des PEVs couleur. Notre étude démontre, pour la première fois, des effets bénéfiques de l’exposition prénatale à l’ADH sur le système parvocellulaire à l’âge scolaire. / Fish and sea mammals consumption is an important source of omega-3 fatty acids, known for their beneficial effects on human brain development. Several lines of evidence indicate that omega-3 fatty acids are beneficial especially for the development of the visual system. However, the long-term effect of prenatal exposure to omega-3 fatty acids on human visual development is unknown. This question was addressed using visual evoked potentials (PEVs) to study a cohort of school-age Inuit children (n = 136; mean age = 11.3 years old) from Arctic Quebec (Nunavik) who received high levels of omega-3 intake during gestation. PEV protocols using color and motion-onset stimuli were used to assess the parvocellular and magnocellular responses, respectively. Concentrations of the omega-3 fatty acid DHA were measured at birth in the umbilical cord and at the time of testing, reflecting pre- and post-natal exposure, respectively. Relations between omega-3 and VEPs were assessed by multivariate regression analyses, taking into account environmental contaminants and other potential confounding variables. No significant associations were found with motion-onset VEPs. However, after adjustment for covariables, cord blood concentrations of DHA were associated with a shorter latency of the N1 and P1 components of the color VEPs. Our study suggests beneficial effects of DHA on the visual parvocellular system at school age. This is the first study supporting the longlasting beneficial effects of prenatal exposure to DHA.

La consommation de poisson et de mammifères marins représente une source importante d’acides gras oméga-3 connus pour leurs effets bénéfiques sur le développement des fonctions cérébrales et notamment, sur le développement du système visuel. Afin de tester l’hypothèse selon laquelle l’exposition prénatale aux acides gras oméga-3 a des effets bénéfiques à long terme, nous avons examiné les fonctions visuelles chez des enfants Inuits d’âge scolaire exposés à de grandes quantités d’oméga-3 durant la période de gestation. Des enfants Inuits (n = 136; moyenne d’âge = 11.3 ans) du nord du Québec (Nunavik) ont participé à cette étude. Un protocole de potentiels évoqués visuels (PEVs) utilisant des stimuli en couleur et en mouvement a été employé afin d’appréhender les réponses parvo- et magnocellulaires respectivement. Les concentrations d’acide docosahexaénoïque (ADH) ont été mesurées à la naissance à partir du sang de cordon ombilical et au moment du testing, reflétant ainsi les expositions pré- et post-natales. Les relations entre les niveaux sanguins d’ADH et les PEVs ont été examinées à l’aide d’analyses de régression multiples, en tenant compte des contaminants environnementaux et d’autres variables potentiellement confondantes. Aucune association significative n’a été trouvée en ce qui concerne les stimuli de mouvement. Cependant, après ajustement pour les covariables, les concentrations d’ADH à la naissance étaient associées à une latence plus courte des composantes N1 et P1 des PEVs couleur. Notre étude démontre, pour la première fois, des effets bénéfiques de l’exposition prénatale à l’ADH sur le système parvocellulaire à l’âge scolaire. / Fish and sea mammals consumption is an important source of omega-3 fatty acids, known for their beneficial effects on human brain development. Several lines of evidence indicate that omega-3 fatty acids are beneficial especially for the development of the visual system. However, the long-term effect of prenatal exposure to omega-3 fatty acids on human visual development is unknown. This question was addressed using visual evoked potentials (PEVs) to study a cohort of school-age Inuit children (n = 136; mean age = 11.3 years old) from Arctic Quebec (Nunavik) who received high levels of omega-3 intake during gestation. PEV protocols using color and motion-onset stimuli were used to assess the parvocellular and magnocellular responses, respectively. Concentrations of the omega-3 fatty acid DHA were measured at birth in the umbilical cord and at the time of testing, reflecting pre- and post-natal exposure, respectively. Relations between omega-3 and VEPs were assessed by multivariate regression analyses, taking into account environmental contaminants and other potential confounding variables. No significant associations were found with motion-onset VEPs. However, after adjustment for covariables, cord blood concentrations of DHA were associated with a shorter latency of the N1 and P1 components of the color VEPs. Our study suggests beneficial effects of DHA on the visual parvocellular system at school age. This is the first study supporting the longlasting beneficial effects of prenatal exposure to DHA.