Le présent mémoire vise à éclaircir la question de l’avantage du bilinguisme sur les cognitions. Une revue de la littérature s’impose afin de départager si le fait de parler plus d’une langue entraîne ou non un quelconque avantage cognitif pouvant se généraliser ailleurs que dans la fonction langagière. Ce travail nécessitera une redéfinition exhaustive et moderne des concepts du bilinguisme et des fonctions exécutives comme objet de recherche de manière à cibler les aspects comportementaux, cognitifs et neurologiques en jeu dans la pluralité linguistique. / The present thesis aims to clarify the bilingual cognitive advantage debate. A review of the scientific literature must be realized to determine if speaking more than one language truly generates a cognitive improvement which can generalize itself further than within the sole language faculty. This will necessitate a modern and exhaustive redefinition of bilingualism and executive functions as research concepts in order to target the behavioral, cognitive and neurologic aspects at stake within the plurality of language.

Les Accidents Vasculaires Cérébraux (AVC) représentent la première cause de handicap moteur acquis chez l'adulte. La récupération s'appuie en grande partie sur des mécanismes de plasticité cérébrale. La rééducation a pour principal objectif d'optimiser ces mécanismes. Les travaux sur la plasticité cérébrale ont permis de développer de nouvelles techniques de modulation de la plasticité cérébrale à partir de stimulations cérébrales non-invasives (Non-invasive Brain Stimulation, NIBS) : la PAS (Paired Associative Stimulation) est une de ces techniques de stimulation permettant de moduler de façon la plasticité cérébrale. Le PAS consiste à coupler une stimulation électrique périphérique et une stimulation magnétique corticale de type TMS (Transcranial Magnetic Stimulation). Dans des études précédentes, nous avons montré, sur une session de 30 minutes, une facilitation durable (60mn) et spécifique du potentiel évoqué moteur (PEM) du long extenseur radial du carpe (ECRL) chez des patients hémiparétiques. Le protocole CIPASS (Chronic Interventional PAS in Stroke) a pour but d'étudier les effets d'une répétition quotidienne de sessions PAS (pendant 5 jours) et de prouver un effet durable (3 jours) de l'augmentation de la plasticité cérébrale pour le muscle ECRL chez le patient hémiparétique. Vingt-quatre patients ont été inclus dans une étude randomisée, en double-aveugle contre placebo. Aucune différence significative n'a été trouvée entre les groupes PAS et Sham, ni sur le plan électrophysiologique ni sur le plan moteur. Cependant, un sous-groupe de patients semble répondre à l'intervention ; la répétition de sessions PAS semble avoir un impact plus important chez les patients ayant un PEM initial (baseline) bas associé à une importante intensité de stimulation TMS. Cette étude est venue confirmer la variabilité des effets du PAS retrouvée chez le sujet sain et le patient victime d'AVC. Plusieurs études ont montré un effet adjuvant des NIBS lorsqu'elles sont associées à l'apprentissage d'une tâche motrice. Concernant le PAS, quelques études ont montré une facilitation plus importante lorsque celle-ci est associée à une contraction musculaire. L'imagerie motrice (IM) est le fait d'imaginer un mouvement sans le réaliser, elle partage des mécanismes similaires à ceux du mouvement réel. Cette technique a également montré ses effets en tant qu'adjuvant thérapeutique chez le patient hémiparétique, ils restent cependant moins importants que ceux obtenus après un entraînement moteur. L'utilisation de l'IM auprès de patients n'ayant aucune motricité en fait sa singularité et sa force. Le protocole MIPAS a quant à lui pour but d'étudier les effets de l'association du PAS à des exercices d'IM chez le patient hémiparétique et de démontrer l'intérêt thérapeutique de cette association. / Stroke represents the first cause of acquired disability in adults. Recovery relies mainly on brain plasticity mechanisms. The main goal of rehabilitation is to optimize those mechanisms. In recent decades, studies on brain plasticity have led to develop new techniques of noninvasive brain stimulation (NIBS) such as the Paired Associative Stimulation (PAS), which is a non-invasive brain stimulation method that modulates cortical plasticity. PAS consists of a combination of peripheral electrical stimulation and cortical TMS (Transcranial Magnetic Stimulation). In previous studies, we have shown that a session of 30 min targeting the extensor wrist muscles (ECRL) on stroke patient can lead to a motor evoked potential (MEP) specific facilitation of 60 min. The trial CIPASS (Chronic Interventional PAS in Stroke) is a new neuromodulation protocol where a PAS session targeting the extensor wrist muscles (ECRL) is performed on a daily basis during 5 days to hemiparetic patients with a stroke (less than 6 months). Our goal is to demonstrate a lasting increase (3 days) of motor cortical plasticity for ECRL muscle. Twenty-four patients were included in a double-blind, placebo-controlled trial and randomly assigned to one of two groups (PAS or sham). No significant difference was observed between the two groups on either electrophysiological or motor parameters. However, a patient profile appears to respond to the intervention; repetitive PAS sessions seems to have a more important impact on patients with a low initial MEP (baseline) associated to a high TMS intensity. This trial has confirmed the variability of PAS effects already found in healthy subjects and stroke patients. Moreover, many studies have shown the adjuvant effect of NIBS when associated to motor leaning. Regarding PAS, some studies have demonstrated an important facilitation when it was combined with muscle contraction. Motor imagery (MI) is the fact to imagine a movement without realising it; it relies on similar mechanisms to those of a real movement. This technique has also shown its interest as a therapeutic adjunct for stroke patients. Its use for patients with a severe paralysis makes it a very interesting technique. The protocol MIPAS (Motor Imagery and Paired Associative Stimulation) that combine PAS with motor imagery exercises for stroke patients aims to demonstrate the therapeutic interest of such an association for stroke patients.

La voix est tout sauf un stimulus auditif ordinaire. Pour cause, elle prend son importance de manière très précoce chez l’Homme lorsque, dans l’environnement amniotique, le fœtus entend pour la toute première fois la voix de sa mère. C’est en quelque sorte par l’intermédiaire de cette voix que les premiers contacts avec le monde extérieur, mais également avec l’Autre, s’effectuent. Le statut particulier de la voix humaine perdure au fil du développement, devenant plus tard le principal médium véhiculant le langage oral, si significatif pour l’Homme. En parallèle, et de manière tout aussi adaptative, elle permet la transmission d’informations non langagières renseignant sur l’identité, l’état émotionnel mais également le statut social de chaque individu. C’est ainsi que simplement en entendant la voix d’une personne inconnue, il est généralement possible d’en extrapoler son âge, son genre, mais également d’avoir une idée assez précise de l’état émotionnel dans lequel elle se trouve. Les capacités permettant d’extraire de la voix les divers éléments informationnels qu’elle contient ne seraient toutefois pas stables au fil du temps. Ainsi, le vieillissement normal semble associé à des difficultés de traitement des informations vocales de nature langagière, mais également non langagière. De nombreuses études se sont intéressées au déclin des capacités de traitement du discours avec l’âge. Beaucoup moins de travaux ont cependant considéré les conséquences du vieillissement sur le domaine paralinguistique et, lorsque des travaux s’y sont attardés, c’est essentiellement la sphère affective qui a été investiguée. En raison de ce peu d’études, mais également de leur focus portant spécifiquement sur la sphère émotionnelle, il est extrêmement ardu de généraliser les résultats obtenus au traitement vocal général. La présente thèse s’est donc intéressée aux capacités de traitement de la voix dans le vieillissement normal. La première étude de cette thèse (Article 1) avait pour objectif d’évaluer l’impact du vieillissement normal sur les capacités comportementales de traitement paralinguistique vocal non émotionnel. Pour ce faire, une batterie informatisée composée de quatre tâches a été élaborée : la batterie d’évaluation de la perception vocale (Batterie EPV; tâches de catégorisation de genre, de discrimination de sources sonores, adaptative de discrimination et de mémorisation). Cette batterie permettait de comparer les performances d’adultes jeunes et âgés lors du traitement de stimuli vocaux et non vocaux, mais également lors du traitement de divers stimuli vocaux. Cette première étude met en évidence, pour trois des quatre tâches comportementales, des performances inférieures chez les adultes âgés et ce, malgré le contrôle statistique des contributions du déclin auditif et cognitif. Pour les aînés, le traitement de stimuli vocaux, en comparaison au traitement de stimuli non vocaux, n’était toutefois pas systématiquement inférieur à celui des jeunes adultes. Sans que les performances ne puissent être prédites par la mesure cognitive utilisée comme covariable (performances au MoCA), il appert que les demandes cognitives inhérentes aux tâches participent à ces différences intergroupes. Le second article de ce travail visait quant à lui à explorer à l’aide de l’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf), l’influence du vieillissement normal sur les réseaux neuronaux sous-tendant le traitement de l’information vocale, une telle investigation n’ayant jamais été effectuée auparavant. Pour ce faire, une tâche d’écoute passive (permettant le contraste de blocs de sons vocaux et non vocaux) ainsi qu’une tâche adaptative de discrimination ont été utilisées. La tâche adaptative, basée sur une type de protocole psycoacoustique « up-down », assurait l’obtention de niveau de performance équivalent entre les deux groupes, une condition nécessaire pour la comparaison de groupe au niveau neurofonctionnel. La comparaison des adultes jeunes et âgés n’a mis en évidence aucune disparité quant au recrutement des aires répondant préférentiellement à la voix : les aires vocales temporales (AVT). Ce résultat suggère que l’âge n’affecte pas la mobilisation des aires spécialisées dans le traitement de la voix. Néanmoins, à l’extérieur des AVT et chez les aînés, le sous recrutement d’une portion du cortex auditif a été observé, en parallèle au recrutement additionnel de régions pariétale, temporale et frontale (Article 2 – Étude 1). Lors de la réalisation d’une tâche adaptative de discrimination, contrairement à ce qui était attendu, les seuils de discrimination des deux groupes d’âges étaient comparables. Pour effectuer la tâche, les participants âgés ont cependant recruté un réseau neuronal plus étendu que celui des jeunes adultes, et pour les aînés, l’activation additionnelle de régions frontale et temporale sous-tendaient la réalisation de la tâche (Article 2 - Étude 2). Les données comportementales présentées dans cette thèse suggèrent que l’effet délétère que semble avoir le vieillissement normal sur les capacités de traitement paralinguistique vocal affectif est également retrouvé lors du traitement d’informations vocales émotionnellement neutres. En parallèle, la mise en place de phénomènes de plasticité cérébrale est objectivée. Ces derniers ne toucheraient cependant pas les réseaux spécialisés dans le traitement de la voix, qui seraient recrutés de manière comparable par les adultes jeunes et âgés. Néanmoins, la tâche d’écoute passive a mis en évidence la présence, chez les aînés, du recrutement sous-optimal d’une portion du cortex auditif (gyrus temporal transverse). En parallèle, et ce pour les deux tâches, des réseaux neuronaux surnuméraires étaient sollicitées par les adultes âgés, permettant potentiellement d’assurer, chez les ainés, le maintien de performances adéquates. / Amongst all the sounds present in our environment, the human voice is probably the most significant one. Indeed, it takes its importance very early on, when, in the amniotic environment, the foetus hears the voice of its mother. Through this voice, the first contacts with the World but also with others are made. This special status of voice remains during the development, since it later becomes the medium via which speech is carried. Indeed, not only does voice convey oral language, but it also passes on a wide array of paralinguistic information characterising each individual. In fact, simply by hearing a voice, we are generally able to determine the age, identity, social status but also the mood in which the speaker is at the moment. However, during normal aging, the processing of the information contained in voice, may it be linguistic or not, appears to become more difficult. In the paralinguistic domain, the deleterious effects of normal aging were mainly explored via affective prosody. It is thus quite difficult to generalize those results to the processing of vocal information in general. In addition, cerebral reorganization accompanying normal aging was characterized for speech perception, but the effects of age on the cerebral processing of paralinguistic vocal information still remain unclear. The main purpose of this work was to palliate to this shortcoming. The first study presented in this thesis (Article 1) evaluated the impact of normal aging on the behavioral processing of non affective paralinguistic vocal information by comparing the performances of young and older adults. To do so, a computerized battery was created: the Voice Perception Assessment battery, which comprised four behavioral tasks (VPA battery; gender categorization task, auditory source discrimination task, adaptive discrimination task and memory task). The tasks created allowed the comparison of vocal and non vocal processing, as well as the comparison of the processing of different types of vocal stimuli. Our results indicate that, while controlling for cognitive and auditory decline, older adults were less efficient than younger participants for three of the four VPA tasks. However, a systematic age-related decline for vocal processing was not observed. The task performances could not be predicted by the cognitive measure selected as a control variable (MoCA scores). However, the disparities in task demands seem to explain a portion of the paralinguistic vocal processing age-related decline observed. The main purpose of the second article was to empirically assess, using functional magnetic resonance imagery (fMRI), the impact of normal aging on the neural networks underlying the processing of human voice, as it has never been done yet. To do so, a passive listening task (contrasting vocal and non vocal blocks of sounds) and an adaptive discrimination task were used. The adaptive task, based on a transformed up-down protocol, allowed us to insure equivalent performance levels in both age-groups, a necessary condition to neurofunctional group comparison. Our results indicate that young and older adults recruited similarly the cortical areas preferentially responding to voice, the Temporal Voice Areas (TVA). In parallel, outside the TVA, an age-related under recruitment of a portion of the auditory cortex was observed, as well as an over recruitment of parietal, temporal and frontal regions (Article 2 – Study 1). For the adaptive discrimination task, contrary to what was expected, the discrimination thresholds of both age-groups were similar. Nevertheless, to be able to perform the task, older adults needed to engage cortical regions in the temporal and frontal lobes that younger adults did not recruit (Article 2 – Study 2). The behavioral data presented in this work suggest that normal aging can be associated with a decline of the capacity to process non affective paralinguistic vocal information. The observed age-related differences appear to be more salient when the cognitive demands of the task are high. In parallel, mechanisms of cerebral plasticity appear to take place as well. Those phenomena however do not seem to affect the way the cortical areas specialized in the processing of human voice are recruited, which remains the same between young and older adults. However, the passive listening task elicited an age-related under-recruitment for a portion of the auditory cortex (left transverse temporal gyrus). Both for the passive listening task and the adaptive discrimination task, an over-recruitment of additional networks were observed for older adults. This extended network could contribute to the preservation of adequate performance in older adults.

La présente étude avait pour but d’explorer les modulations fonctionnelles putaminales du signal de spectroscopie par résonance magnétique (SRM) combiné du glutamate et de la glutamine (Glx), ainsi que de l’acide γ-aminobutyrique (GABA) en lien avec l’apprentissage d’une séquence motrice. Nous avons émis l’hypothèse que les concentrations de Glx seraient spécifiquement augmentées pendant et après la pratique d’une telle tâche, et ce comparativement à une condition d’exécution motrice simple conçue pour minimiser l’apprentissage. La tâche d’appuis séquentiels des doigts (« finger taping task ») utilisée est connue pour induire un apprentissage moteur évoluant en phases, avec une progression initialement rapide lors de la première session d’entraînement (phase rapide), puis lente lors de sessions subséquentes (phase lente). Cet apprentissage est également conçu comme dépendant de processus « on-line » (pendant la pratique) d’acquisition et « off-line » (entre les périodes de pratique) de consolidation de la trace mnésique de l’habilité motrice. Une grande quantité de données impliquent le système de neurotransmission glutamatergique, principalement par l’action de ses récepteurs N-Méthyl-D-aspartate (NMDAR) et métabotropiques (mGluR), dans une multitude de domaine de la mémoire. Quelques-unes de ces études suggèrent que cette relation s’applique aussi à des mémoires de type motrice ou dépendante du striatum. De plus, certains travaux chez l’animal montrent qu’une hausse des concentrations de glutamate et de glutamine peut être associée à l’acquisition et/ou consolidation d’une trace mnésique. Nos mesures de SRM à 3.0 Tesla, dont la qualité ne s’est avérée satisfaisante que pour le Glx, démontrent qu’une telle modulation des concentrations de Glx est effectivement détectable dans le putamen après la performance d’une tâche motrice. Elles ne nous permettent toutefois pas de dissocier cet effet putativement attribuable à la plasticité du putamen associée à l’apprentissage moteur de séquence, de celui de la simple activation neuronale causée par l’exécution motrice. L’interprétation de l’interaction non significative, montrant une plus grande modulation par la tâche motrice simple, mène cependant à l’hypothèse alternative que la plasticité glutamatergique détectée est potentiellement plus spécifique à la phase lente de l’apprentissage, suggérant qu’une seconde expérience ainsi orientée et utilisant une méthode de SRM plus sensible au Glx aurait donc de meilleures chances d’offrir des résultats concluants. / The present study explored motor learning-related functional changes in putaminal combined glutamate and glutamine (Glx) and γ-Aminobutyric acid (GABA) magnetic resonance spectroscopy (MRS) signal. It was hypothesized that Glx concentrations would specifically increase during and after learning of a sequential finger tapping task (sFTT), as compared to execution of a simple motor task designed to elicit minimal learning. Learning of sFTT is known to evolve in an initial fast progressing stage during the first practice session (fast learning stage), followed by a slower progression during later sessions (slow learning stage). It is also thought to depend on both on-line (during practice sessions) acquisition and off-line (between practice sessions) consolidation processes to create, transform and assure retention of a motor skill memory trace. A body of data implicates glutamatergic neurotransmission, especially through its N-Methyl-D-aspartate (NMDAR) and metabotropic (mGluR) receptors, in many memory systems, some of which apply to motor learning and striatal-dependant learning. Moreover, some animal studies suggest that Glx concentrations can be upregulated in relation to memory acquisition and/or consolidation. Our MRS acquisitions, of which the quality happened to be sufficient only for Glx quantification, allowed the detection of an augmentation in putaminal Glx occurring after motor task execution. However, our data could not ascribe this modulation specifically to motor learning related plastic changes, at the exclusion of simple neural activation related to motor execution. Nevertheless, the interpretation of the non-significant interaction, showing a larger Glx change in response to the simple motor task compared to sFTT, leads to the possibility that the detected glutamatergic plasticity may be specifically associated to the slow learning phase. We therefore suggest that testing this alternate hypothesis in a second experiment, using an MRS technique with more sensibility to Glx could yield more convincing results.

Introduction : Une augmentation de la plasticité cérébrale est susceptible d’être impliquée dans la réallocation des régions corticales et dans les nombreuses altérations microstructurelles observées en autisme. Considérant les nombreux résultats démontrant un surfonctionnement perceptif et un fonctionnement moteur atypique en autisme, l’augmentation de la plasticité cérébrale suggère une plus grande variabilité individuelle de l’allocation fonctionnelle chez cette population, plus spécifiquement dans les régions perceptives et motrices. Méthode : Afin de tester cette hypothèse, 23 participants autistes de haut-niveau et 22 non-autistes appariés pour l’âge, le quotient intellectuel, les résultats au test des Matrices de Raven et la latéralité, ont réalisé une tâche d’imitation visuo-motrice dans un appareil d’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf). Pour chaque participant, les coordonnées du pic d’activation le plus élevé ont été extraites des aires motrices primaires (Aire de Brodmann 4 (BA4)) et supplémentaires (BA6), du cortex visuo-moteur pariétal supérieur (BA7) ainsi que des aires visuelles primaires (BA17) et associatives (BA18+19) des deux hémisphères. L’étendue des activations, mesurée en fonction du nombre de voxels activés, et la différence d’intensité des activations, calculée en fonction du changement moyen d’intensité du signal ont également été considérées. Pour chaque région d’intérêt et hémisphère, la distance entre la localisation de l’activation maximale de chaque participant par rapport à celle de la moyenne de son groupe a servi de variable d’intérêt. Les moyennes de ces distances individuelles obtenues pour chaque groupe et chacune des régions d’intérêt ont ensuite été soumises à une ANOVA à mesures répétées afin de déterminer s’il existait des différences de variabilité dans la localisation des activations entre les groupes. Enfin, l’activation fonctionnelle générale à l’intérieur de chaque groupe et entre les groupes a également été étudiée. Résultats : Les résultats démontrent qu’une augmentation de la variabilité individuelle en terme de localisation des activations s’est produite à l’intérieur des deux groupes dans les aires associatives motrices et visuelles comparativement aux aires primaires associées. Néanmoins, malgré le fait que cette augmentation de variabilité dans les aires associatives soit partagée, une comparaison directe de celle-ci entre les groupes a démontré que les autistes présentaient une plus grande variabilité de la localisation des activations fonctionnelles dans le cortex visuo-moteur pariétal supérieur (BA7) et les aires associatives visuelles (BA18+19) de l’hémisphère gauche. Conclusion : Des stratégies différentes et possiblement uniques pour chaque individu semblent être observées en autisme. L’augmentation de la variabilité individuelle de la localisation des activations fonctionnelles retrouvée chez les autistes dans les aires associatives, où l’on observe également davantage de variabilité chez les non-autistes, suggère qu’une augmentation et/ou une altération des mécanismes de plasticité est impliquée dans l’autisme. / Background: An enhanced plasticity is suspected to play a role in various microstructural alterations, as well as in regional cortical reallocations observed in autism. Combined with multiple indications of enhanced perceptual functioning in autism, and indications of atypical motor functioning, enhanced plasticity predicts a superior variability in functional cortical allocation, predominant in perceptual and motor regions. Method: To test this prediction, we scanned 23 high-functioning autistic and 22 typical participants matched on age, FSIQ, Raven scores and handedness during a visuo-motor imitation task. For each participant, the coordinates of the strongest activation peak were extracted in the primary (Brodmann Area 4) and supplementary (BA6) motor cortex, the visuomotor superior parietal cortex (BA7), and the primary (BA17) and associative (BA18+19) visual areas. Mean signal changes for each ROI in both hemispheres, and the number of voxels composing the strongest activation peak were individually extracted to compare intensity and size of the signal between groups. For each ROI, in each hemisphere, and for every participant, the distance from their respective group average was used as a variable of interest to determine group differences in localization variability using repeated measure ANOVAs. Between-group comparison of whole-brain activation was also performed. Results: Both groups displayed a higher mean variability in the localization of activations in the associative compared to the primary visual or motor areas. However, despite this shared increased variability in associative cortices, a direct between-group comparison of the individual variability in localization of the activation revealed a significantly greater variability in the autistic than in the typical group in the left visuo-motor superior parietal cortex (BA7) and in the left associative visual areas (BA18+19). Conclusion: Different and possibly unique strategies are used by each autistic individual. That enhanced variability in localization of activations in the autistic group is found in regions typically more variable in non-autistics raises the possibility that autism involves an enhancement and/or an alteration of typical plasticity mechanisms.

La vision joue un rôle très important dans la prévention du danger. La douleur a aussi pour fonction de prévenir les lésions corporelles. Nous avons donc testé l’hypothèse qu’une hypersensibilité à la douleur découlerait de la cécité en guise de compensation sensorielle. En effet, une littérature exhaustive indique qu’une plasticité intermodale s’opère chez les non-voyants, ce qui module à la hausse la sensibilité de leurs sens résiduels. De plus, plusieurs études montrent que la douleur peut être modulée par la vision et par une privation visuelle temporaire. Dans une première étude, nous avons mesuré les seuils de détection thermique et les seuils de douleur chez des aveugles de naissance et des voyants à l’aide d’une thermode qui permet de chauffer ou de refroidir la peau. Les participants ont aussi eu à quantifier la douleur perçue en réponse à des stimuli laser CO2 et à répondre à des questionnaires mesurant leur attitude face à des situations douloureuses de la vie quotidienne. Les résultats obtenus montrent que les aveugles congénitaux ont des seuils de douleur plus bas et des rapports de douleur plus élevés que leurs congénères voyants. De plus, les résultats psychométriques indiquent que les non-voyants sont plus attentifs à la douleur. Dans une deuxième étude, nous avons mesuré l’impact de l'expérience visuelle sur la perception de la douleur en répliquant la première étude dans un échantillon d’aveugles tardifs. Les résultats montrent que ces derniers sont en tous points similaires aux voyants quant à leur sensibilité à la douleur. Dans une troisième étude, nous avons testé les capacités de discrimination de température des aveugles congénitaux, car la détection de changements rapides de température est cruciale pour éviter les brûlures. Il s’est avéré que les aveugles de naissance ont une discrimination de température plus fine et qu’ils sont plus sensibles à la sommation spatiale de la chaleur. Dans une quatrième étude, nous avons examiné la contribution des fibres A∂ et C au traitement nociceptif des non-voyants, car ces récepteurs signalent la première et la deuxième douleur, respectivement. Nous avons observé que les aveugles congénitaux détectent plus facilement et répondent plus rapidement aux sensations générées par l’activation des fibres C. Dans une cinquième et dernière étude, nous avons sondé les changements potentiels qu’entrainerait la perte de vision dans la modulation descendante des intrants nociceptifs en mesurant les effets de l’appréhension d’un stimulus nocif sur la perception de la douleur. Les résultats montrent que, contrairement aux voyants, les aveugles congénitaux voient leur douleur exacerbée par l’incertitude face au danger, suggérant ainsi que la modulation centrale de la douleur est facilitée chez ces derniers. En gros, ces travaux indiquent que l’absence d’expérience visuelle, plutôt que la cécité, entraine une hausse de la sensibilité nociceptive, ce qui apporte une autre dimension au modèle d’intégration multi-sensorielle de la vision et de la douleur. / Vision is important for avoiding encounters with objects in the environment that may imperil physical integrity. Since pain also plays a major role in preventing bodily injury, we tested whether, in the absence of vision, pain hypersensitivity would arise from an adaptive shift to other sensory channels. Indeed, a wealth of literature indicates that blindness leads to sensory compensation and crossmodal plasticity. Furthermore, studies have shown that pain perception can be modulated by vision and by temporary visual deprivation. In a first study, we measured innocuous and noxious thermal thresholds using a Peltier-based thermotester in congenitally blind and normal sighted participants. We also assessed their suprathreshold pain ratings using a CO2 laser device and evaluated their attitude towards daily pain encounters using questionnaires on attention and anxiety. Results show that congenitally participants have lower pain thresholds and higher suprathreshold pain ratings. The psychometric data further indicates that they are more attentive to pain compared to their sighted peers. In a second study, we investigated whether visual experience has an impact on pain perception by replicating the first study in late blind participants. Results indicate that individuals who lost sight later in life are similar to the sighted in every aspect of pain perception that we measured. In a third study, we tested whether blind individuals have supranormal skills in detecting small and quick increases in temperature, as these thermal cues of the environment might help identifying and avoiding potentially harmful objects. Results show that congenitally blind participants outperform their sighted peers and that they are more susceptible to spatial summation of heat. In a fourth study, we examined the contribution of A∂ and C-fibres to blind individuals’ nociceptive processing, as these fibres are thought to signal the first and second pain, respectively. Our findings indicate that congenital blindness leads to an enhanced detection to C-fibre mediated sensations and to faster reaction times to these nociceptive inputs. In a fifth and final study, we probed the potential changes in the descending modulation of nociceptive inputs following visual deprivation by measuring the effects of psychological factors like anticipation and anxiety on blind individuals’ pain perception. Results show that congenitally blind participants are more sensitive to pain in response to uncertainty about threat, suggesting that they are more susceptible to top-down modulation of pain. Overall, this work indicates that visual deprivation from birth, but not later in life, causes a leftward shift in the stimulus–response function to nociceptive stimuli and lends new support to a model of sensory integration of vision and pain processing.

Le présent travail s’inscrit dans une perspective descriptive analytique des comportements des pianistes aveugles et déficients visuels durant la mise en mémoire et la restitution au piano de diverses tâches présentées à l’oreille ou sur un support écrit adapté au handicap visuel de ceux-ci. Cette adaptation qui consiste à transcrire en braille pour les aveugles ou à imprimer en gros caractères pour les malvoyants des partitions ordinaires, se révèle lourde de conséquences. Ainsi, deux conditions font qu’un travail mental d’intégration et de synthèse très coûteux s’impose à ces musiciens : d’un côté la complexité du braille musical due à un degré d’abstraction très élevé et à une linéarité spatiale permanente, de l’autre la non-conformité de la technique d’agrandissement des textes ordinaires avec une lecture synthétique et avec un champ visuel très réduit. De telles circonstances invitent à s’interroger sur les effets de la structure de ces notations musicales et des représentations mentales qu’elles génèrent sur la conduite de mémorisation en l’absence totale ou partielle de la vision. L’objectif principal est de relever la spécificité des processus qui sous-tendent l’assimilation des données inscrites sur le matériau de la lecture. Pour ce faire, j’ai mené une étude de cas portant sur des jeunes pianistes aveugles et malvoyants non professionnels utilisant des procédures de déchiffrage diverses. / The present work involves an analytical description of the behaviors of blind and visually impaired pianists when memorizing and rendering on the piano various tasks presented to the ear or on written material adapted to their visual disability. This adaptation, which consists in transcribing ordinary music scores in braille, for the blind, or in large print, for the visually impaired, entails important consequences. Two conditions result in those musicians having to perform a very difficult integrating and synthesizing task: on the one hand, musical braille is complex, being highly abstract and characterized by permanent spatial linearity; on the other hand, the technique for enlarging ordinary texts is not compatible with synthetic reading and a very restricted visual field. Those circumstances lead us to investigate how those musical notations and the mental representations they generate affect the memorizing process when vision is totally or partially lacking. The main objective is to pinpoint the specific processes underlying the assimilation of the data inscribed on the reading material. To this end, I have carried out a case study involving young non-professional blind and visually impaired pianists using diverse reading procedures.

L'IRMf de repos qui repose sur l'étude des fluctuations du signal BOLD chez un sujet au repos, pourrait permettre d'explorer les mécanismes du handicap dans la Sclérose En Plaques (SEP). En utilisant l'IRMf de repos, ce travail a eu pour objectif de caractériser la réorganisation fonctionnelle des patients atteints de SEP et ses liens avec leur handicap.Nous avons d'abord réalisé une étude combinant IRMf de repos et d'activation au stade précoce de la SEP et montré l'existence d'une corrélation entre la plasticité fonctionnelle du système moteur des patients au repos et durant la tâche. Nous avons ensuite montré l'existence d'une augmentation diffuse du niveau de connectivité fonctionnelle des patients présentant une SEP débutante, corrélée à leurs performances. Dans la 3ème partie, nous avons objectivé l'existence d'un déclin dynamique de la topologie fonctionnelle corrélée à la progression du handicap grâce à une étude longitudinale utilisant la théorie des graphes. Enfin, nous avons démontré que le gain fonctionnel obtenu par la rééducation chez les patients SEP était corrélé à une augmentation de connectivité fonctionnelle du réseau cérébral par défaut et central exécutif et de densité de substance grise dans le cortex frontal.Nos travaux montrent l'existence d'une réorganisation cérébrale fonctionnelle complexe et dynamique dans la SEP qui pourrait correspondre à des phénomènes compensatoires, dont le déclin avec l'évolution de la maladie participe à la progression du handicap. Ils démontrent l'intérêt de l'IRMf de repos pour la compréhension des substrats anatomo-fonctionnels du handicap dans la SEP et comme potentiel instrument futur d'évaluation thérapeutique. / Resting-state fMRI (rs-fMRI) may provide important clue concerning disability in multiple sclerosis (MS) by exploring the spontaneous BOLD fluctuations at rest in the whole brain. The aim of this work is to depict the functional reorganization of resting-state networks in MS patients and to assess its potential relationships with disability.In the first part, we performed an fMRI protocol combining a rs-fMRI and task-associated fMRI during a motor task, in a group of early MS patients. This study evidenced a direct association between reorganization of connectivity at rest and during activation in the motor system of patients. In the second rs-fMRI study, we evidenced an increased of the global level of connectivity in most of the rs-networks, strongly associated with the level of disability of patients. In the third part, we evidenced in a 2-year longitudinal study using graph theoretical approach that MS patients exhibited a dynamical alteration of functional brain topology that significantly correlated with disability progression. In the last part, we evidenced that the transient clinical improvement following physical rehabilitation in MS patients is associated with reversible plasticity mechanisms located in the default mode network, the central executive network and in the left fronto-orbital cortex. These works evidence that MS patients exhibit a complex and dynamical functional reorganization of rs-networks, significantly associated with disability progression. This PhD thesis confirms that rs-fMRI is a relevant biomarker of pathophysiology leading to disability in MS and represents a promising tool for therapeutic assessment of MS patients in the future.

Dans la littérature, de nombreuses recherches dans le domaine du contrôle moteur, des sciences du sport ou encore de la rééducation se sont intéressées à l’apprentissage moteur consécutif à un entrainement mental. Cependant, plusieurs mécanismes, qu’ils soient comportementaux ou neurophysiologiques, demeurent encore aujourd’hui peu étudiés. Dans notre première étude, nous avons montré qu’il était impossible de prédire la future amélioration de la performance suite à un entrainement mental aigu, sur une tâche de vitesse-précision, par la simple évaluation subjective des capacités d’imagerie chez une population jeune. Il apparait cependant essentiel de produire des images claires et précises tout au long de l’entrainement pour obtenir de meilleures performances in fine. De plus, par l’analyse fine de la performance, nos résultats ont montré, dans notre seconde étude, les véritables effets des répétitions imaginées sur la mémorisation des habiletés motrices. L’entrainement mental est également apparu efficace pour compenser le déficit de mémoire motrice rapidement observable dans la population âgée. Enfin, une troisième étude a révélé que les répétitions d’un mouvement imaginé pouvaient modifier, de façon transitoire, le codage des réseaux neuronaux impliqués dans le processus de mémoire motrice. / For many years, research in motor control, sport science and rehabilitation focused on the performance improvement following mental practice. However, some mechanisms, behavioral and neurophysiological, remain insufficiently understood. In our first study, we demonstrated the impossibility to predict the future performance improvement following imagined repetitions of a speed accuracy trade-off task, with a subjective evaluation of imagery ability of young healthy individuals. However, it is essential to produce clear and vivid mental simulations throughout the training to obtain a better performance improvement. Besides, by a further analysis of performance, the results of our second study have shown the real impact of mental training on the memorization of motor skills. Motor imagery training also appeared to be effective to compensate the motor memory deficit observed in the elderly. Finally, a third study revealed that the repetitions of imagined movements could modify, temporarily, the coding of neural networks involved in the motor memory process.

Les avantages liés à la formation musicale transfèrent au traitement du langage, et à certaines fonctions perceptives et cognitives. Nous examinons si cette formation facilite aussi l'apprentissage de mots nouveaux au long de la vie. Les enfants «musiciens» et les jeunes musiciens professionnels surpassent les participants de contrôle dans une série d’expériences, avec une plasticité cérébrale plus rapide, et une connectivité fonctionnelle plus forte, mesurées par électroencéphalographie. Les résultats des musiciens plus âgés sont moins clairs, suggérant un impact limité de la formation musicale sur le déclin cognitif. Enfin, les jeunes musiciens ont une meilleure mémoire à long terme des nouveaux mots, ce qui contribuerait à expliquer l’avantage observé. Ces effets de transfert de la formation musicale au niveau sémantique et de la mémoire à long terme révèlent l’importance des fonctions cognitives générales et ouvrent de nouvelles perspectives pour l’éducation et la rééducation. / Based on results evidencing music training-related advantages on speech processing, perceptive and cognitive functions, we examine whether music training facilitates novel word learning throughout the lifespan. We show that musically-trained children and young professional musicians outperform controls in a series of experiments, with faster brain plasticity and stronger functional connectivity, as measured by electroencephalography. By contrast, advantages for old adult musicians are less clear-cut, suggesting a limited impact of music training to counteract cognitive decline. Finally, young musicians show better long-term memory for novel words, which possibly contributes, along with better auditory perception and attention, to their advantage in word learning. By showing transfer effects from music training to semantic processing and long-term memory, results reveal the importance of domain-general cognitive functions and open new perspectives for education and rehabilitation.