Whether ongoing electroencephalogram (EEG) signal contributes to event related potential (ERP) generation is currently a matter of discussion for all sensory modalities. Resolving the controversy between additive and the oscillatory models has become crucial because evoked potentials are increasingly used in clinical practice as a physiological and neuropsychological index of brain areas or as a link with other functional approaches such as fMRI and the underlying network. The key issue is the search for a function underlying these mechanisms. <p><p>Somatosensory evoked potentials are robust indicators of the afferent information at cortical level. In particular, the frontal N30 component of SEP can serve as a reliable physiological index of the dopaminergic motor pathway (Insola et al. 1999, Pierantozzi et al. 1999). Its properties in sensory-motor gating and cognitive processes make its fine analysis particularly interesting. The physiological interpretation and the origin of the frontal N30 are still debated (Allison et al. 1991, Cheron et al. 1994, Karnovsky et al. 1997, Balzamo et al. 2004, Barba et al. 2005).<p><p>In this thesis we have investigated the mechanisms generating the N30 SEP component produced by electrical stimulation at median nerve at wrist, with reference to the current questioning of the additive and oscillatory models of the ERP (Sayers et al. 1974; Basar et al. 1980).<p><p>We have applied analysis of the spectral content of neuronal oscillatory activity recorded in electroencephalographic (EEG) in order to study of dynamic brain processing underlying the N30 component. Concretely for studying whether the occurrence of the N30 related input induce amplitude modulation and/or reorganization of EEG rhythms we have analyzed separately power perturbation and phase synchrony of single EEG oscillations trials by means of event-related spectral perturbation (ERSP) and intertrial coherence (ITC) measurements. In addition, in order to model brain localizations of phase synchrony and power enhancement and to compare them to model localization of the N30 SEP we used swLORETA, a distributive method of source analysis.<p><p>We have demonstrated that:<p>(1) Ongoing EEG signals contribute to the generation of the N30 component (Cheron et al. 2007).<p>(2) Dynamics of ongoing EEG signals underlie the specific behavior of the N30 during gating produced by movement execution (Cebolla et al. 2009).<p>(3) Localization of brain sources generating the N30 SEP component overlaps those generating beta-gamma ongoing oscillations at the same short latency (Cebolla et al. 2010).<p><p>Additionally the work developed during this thesis has served to develop a comprehensive, pragmatic paradigm to identify, evaluate and understand the somatosensory alterations in defined contexts, as illustrated by our recent work on perturbations and adaptations in astronauts over long term microgravity stay. We think that addressing this topic is essential in order to optimize and objectively evaluate adaptation to microgravity. We therefore proposed a detailed project to European Space Agency entitled “The frontal N30 somatosensory evoked potential for the study of sensory-motor and cognitive adaptations in weightlessness: NeuroSEP” (ILSRA 2009) in which we also proposed direct applications for quality of life aboard International Space Station, for the medical field and industry. / Doctorat en Sciences de la motricité / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les patients souffrant de schizophrénie présentent des symptômes cliniques ainsi que des déficits cognitifs. Il a été récemment proposé que les déficits de lecture des patients fassent partie de ces déficits. L’objectif de ce travail de thèse était d’évaluer les capacités de reconnaissance visuelle des mots chez les patients souffrant de schizophrénie, au moyen d'une évaluation diagnostique des processus cognitifs dans une approche comportementale et électrophysiologique (enregistrement des potentiels évoqués). Les résultats indiquent une préservation de la spécialisation de l’aire de la forme visuelle des mots pour traiter les mots écrits chez les patients. De plus, les processus cognitifs impliqués dans le traitement orthographique des suites de lettres semblent également préservés. En revanche, les processus cognitifs impliqués dans le traitement phonologique semblent altérés chez les patients souffrant de schizophrénie. / Patients suffering from schizophrenia display clinical symptoms as well as cognitive deficits. Recently, it has been suggested that these patients display, among other things, reading deficits. This doctoral thesis aims to evaluate the abilities of visual word recognition in patients suffering from schizophrenia, using both behavioral and electrophysiological (recording of event related potentials) approaches. The results indicated that the specialization of the visual word form area for processing of written words is preserved for patients. In addition, cognitive processes involved in orthographic processing of letter strings were preserved. By contrast, cognitive processes involved in phonological processing were altered for patients suffering from schizophrenia.

Le but de ce travail est d’étudier l’influence de l’expertise (musicale ou linguistique) sur le traitement des sons linguistiques et non-linguistiques chez l’adulte sain. Plus précisément, il s’agit de cerner les effets de transfert d’apprentissage d’un domaine d'expertise vers un autre domaine afin de tester la spécificité des processus qui sous-tendent le traitement de la musique et du langage et de mieux comprendre les phénomènes de plasticité induits par l’expertise. Pour étudier ces questions, j’ai conduit plusieurs expériences, basées sur l’utilisation conjointe des méthodes issues de la psychologie expérimentale (Temps de Réaction et pourcentage d’erreurs) et de l’électrophysiologie chez l’homme (Potentiels Evoqués). En comparant des musiciens et des non-musiciens, j’ai d’abord testé les effets de transfert d’apprentissage de la musique sur le traitement du mètre et de la sémantique dans le langage (Expérience 1), ainsi que sur la phonologie et les variations de hauteur tonale (Expérience 2). Les résultats montrent que l'expertise musicale améliore la perception des aspects métriques du langage parlé et réduit les interférences liées au traitement sémantique. Ils soulignent également que l'expertise musicale améliore la discrimination de variations tonales et phonologiques dans une langue à tons inconnue des participants: le Mandarin. Dans une troisième étude j’ai testé l’hypothèse inverse, celle d’un transfert d’apprentissage du langage vers des sons non-linguistiques. Pour ce faire, j’ai comparé le traitement pré-attentif et attentif de variations de durée, de fréquence et d’intensité de sons non-linguistiques chez des locuteurs d’une langue à quantité, le Finnois, et chez des Français. Les résultats montrent que les participants Finlandais sont plus sensibles aux variations de durée de sons non-linguistiques que les participants Français. En incluant un groupe de sujets musiciens Français à cette étude, j’ai également pu comparer l’influence de l’expertise linguistique et de l’expertise musicale. Les résultats révèlent une influence similaire de ces deux types d’expertise sur le traitement des variations de durée. Enfin, les résultats de deux études visant à comparer les processus conceptuels/sémiotiques impliqués dans l’analyse de sons de l’environnement et de sons musicaux à ceux impliqués dans l’analyse de sons du langage, révèlent des similarités dans les corrélats électrophysiologiques (N400) associés aux différents types de sons. Deux interprétations complémentaires, reposant sur la mise en jeu d’effets « bottom-up » et « top-down », sont proposées pour rendre compte des effets de transfert d’apprentissage. / The aim of this work is to study the influence of expertise (musical and linguistic) on the processing of linguistics and non-linguistics sounds in healthy adults. More precisely, the goal is to examine the transfer of training effects from one domain of expertise to another domain in order to test the specificity of the processes underlying music and language processing as well as the effects of plasticity induced by expertise. To address these questions, I conducted several experiments based on the use of methods from experimental psychology (Reaction Times and error rates) and from human electrophysiology (Evoked Potentials). By comparing musicians and non-musicians, I first tested transfer of training effects from music to meter and semantic processing in language (Experiment 1), and to phonology and pitch variations (Experiment 2). Results showed, first, that musical expertise improves metrical speech processing while reducing interferences with semantic processing. Second, they showed that musical expertise improves the discrimination of tonal and phonological variations in a tone language unknown to the participants, Mandarin. In a third study I tested the reverse hypothesis of transfer of training from language to the processing of nonlinguistics sounds. To this end, I compared the pre-attentive and attentive processing of duration, frequency and intensity changes in non-speech sounds by Finns, speakers of a quantity language, and by French. Results showed a positive transfer of training from the expertise of Finns to process phoneme duration in their native language to the processing of duration changes in non-speech sounds. I also compared the influence of linguistic and musical expertise by including a group of French musicians. Results revealed similar effects of linguistic and musical expertise on the processing of changes in duration. Finally, in two other studies, we compared the conceptual processes involved in the analysis of environmental sounds and musical sounds with those involved in the analysis of speech sounds, always considering the effects of musical expertise. Results revealed similarities in the electrophysiological correlates (N400) of semiotic processing for these different types of sounds. Two complementary interpretations, relying on bottom-up and top-down effects, are proposed to account for this set of results on transfer of training effects.

Cette thèse porte sur le développement d’estimateurs d'erreur a posteriori pour la résolution numérique par éléments finis de problèmes en électromagnétisme basse fréquence. On s’intéresse aux formulations en potentiels (A-φ et T-Ω) des équations de Maxwell en régime quasi-stationnaire, pour le cas harmonique ou temporel. L'enjeu consiste à développer des outils numériques mathématiquement robustes, exploitables dans un code de calcul industriel, notamment le Code_Carmel3D (EDF R&D), permettant d'estimer l'erreur de discrétisation spatio-temporelle et de pouvoir ainsi améliorer la précision des calculs. On prouve la fiabilité, assurant le contrôle de l’erreur. On prouve également dans certains cas l’efficacité locale, permettant de repérer les zones du maillage dans lesquelles l’erreur est la plus importante, et de mettre ainsi en œuvre des stratégies de raffinement adaptatif. L'équivalence globale entre l'erreur en norme énergétique et l'estimateur est en général assurée. Les estimateurs obtenus sont finalement utilisés pour des simulations physiques/industrielles par le Code_Carmel3D. / This thesis focus on the developement of a posteriori error estimators for the finite element numerical resolution of low frequency electromagnetic problems. We are interested in two potential formulations of the Maxwell's equations in the quasi-static approximation, known as A-φ et T-Ω formulations, for both harmonic and temporal regimes. The challenge consists in developing numerical tools mathematically robust, usable in an industrial code allowing the estimation of the spatio-temporal error discretisation and the improvement of the quality and the cost of the computation. We prove the reliability of the proposed error estimators, which ensures an upper bound for the error in the energy norm. In some cases we also prove the local efficicency of the estimators, which allows to detect the zones where the error is the highest, so that an adaptive remeshing process can be set up. Anyway, the global equivalence between the energy error norm and the estimator is derived. The developed error estimators are finally used for physical and industrial numerical simulations in Code_Carmel3D (EDF R&D).

Les neurones sensoriels réagissent à des stimuli externes en émettant des séquences de potentiels d’action (“spikes”). Ces spikes transmettent collectivement de l’information sur le stimulus en formant des motifs spatio-temporels qui constituent le code neural. On observe expérimentalement que ces motifs se produisent de façon irrégulière, mais avec une structure qui peut être mise en évidence par l’utilisation de descriptions probabilistes et de méthodes statistiques. Cependant, la caractérisation statistique des données expérimentales présente plusieurs contraintes majeures: en dehors de celles qui sont inhérentes aux statistiques empiriques comme la taille de l’échantillonnage, ‘le’ modèle statistique sous-jacent est inconnu. Dans cette thèse, nous abordons le problème d’un point de vue complémentaire à l’approche expérimentale. Nous nous intéressons à des modèles neuro-mimétiques permettant d’étudier la statistique collective des potentiels d’action et la façon dont elle dépend de l’architecture et l’histoire du réseau ainsi que du stimulus. Nous considérons tout d’abord un modèle de type Intègre-et-Tire à conductance incluant synapses électriques et chimiques. Nous montrons que la statistique des potentiels d’action est caractérisée par une distribution non stationnaire et de mémoire infinie, compatible avec les probabilités conditionnelles (left interval-specification), qui est non-nulle et continue, donc une distribution de Gibbs. Nous présentons ensuite une méthode qui permet d’unifier les modèles dits d’entropie maximale spatio-temporelle (dont la mesure invariante est une distribution de Gibbs dans le sens de Bowen) et les modèles neuro-mimétiques, en fou / Sensory neurons respond to external stimulus using sequences of action potentials (“spikes”). They convey collectively to the brain information about the stimulus using spatio-temporal patterns of spikes (spike trains), that constitute a “neural code”. Since spikes patterns occur irregularly (yet highly structured) both within and over repeated trials, it is reasonable to characterize them using statistical methods and probabilistic descriptions. However, the statistical characterization of experimental data presents several major constraints: apart from those inherent to empirical statistics like finite size sampling, ‘the’ underlying statistical model is unknown. In this thesis we adopt a complementary approach to experiments. We consider neuromimetic models allowing the study of collective spike trains statistics and how it depends on network architecture and history, as well as on the stimulus. First, we consider a conductance-based Integrate-and-Fire model with chemical and electric synapses. We show that the spike train statistics is characterized by non-stationary, infinite memory, distribution consistent with conditional probabilities (Left interval specifications), which is continuous and non null, thus a Gibbs distribution. Then, we present a novel method that allows us to unify spatio-temporal Maximum Entropy models (whose invariant measure are Gibbs distributions in the Bowen sense) and neuro-mimetic models, providing a solid ground towards biophysical explanation of spatio-temporal correlations observed in experimental data. Finally, using these tools, we discuss the stimulus response of retinal ganglion cells, and the possible generalization of the co

Les nanofils semiconducteurs suscitent un vif intérêt tant pour leurs propriétés fondamentales originales que pour leurs applications potentielles en opto- et nano-Électronique. La physique des nanofils et en particulier des matériaux à la base est difficile à caractériser. Dans ce contexte, la simulation numérique peut apporter des réponses quantitatives aux problèmes posés par ces objets et aider à explorer leur potentiel. En particulier, leur cristallisation se fait dans une phase hexagonale wurtzite mais avec des fautes d’empilement qui donnent lieu à des insertions de séquence cubique. La structure cubique blende de zinc a été largement étudiée, les différents aspects physiques des semiconducteurs l’adoptant sont bien illustrés dans la littérature. Par contre, ils sont mal compris en phase wurtzite. C’est pourquoi, l’étude des propriétés structurales et électroniques des cristaux III-V et hétérostructures wurtzite a fait l’objet du présent travail. En particulier, je me suis intéressée à déterminer les paramètres structuraux et électroniques d’ InAs et InP. Pour aborder ces problématiques il convient de trouver une méthode théorique adaptée. Dans ce contexte, les modélisations ab initio permettent d’explorer les propriétés globales sans une connaissance expérimentale à priori des systèmes étudiés. Elles reposent sur la résolution variationnelle de l’équation de Schrödinger qui est lourde d’un point de vue computationnel. Il existe donc toute une hiérarchie de modèles plus ou moins sophistiqués qui approchent plus ou moins la solution exacte du problème. Dans le cadre de ce travail, j’ai utilisé la théorie de la fonctionnelle de la densité qui reproduit les résultats expérimentaux de structures mais peine à évaluer les niveaux énergétiques vides. Cette difficulté est due à la définition des effets à N corps et notamment aux effets de corrélation entre les électrons. L’erreur dans l’évaluation des énergies est corrigée grâce à la correction apportée par l’approximation GW ou les fonctionnelles hybrides. Ainsi, j’ai pu obtenir des structures électroniques correctes et exploitables afin de déterminer les potentiels de déformation. Il est notamment possible de faire varier la composition des nanofils de long de leur axe de croissance afin d’y introduire des jonctions p-N, des boîtes quantiques ou des barrières tunnel. Ces hétérostructures offrent de multiples opportunités : la faisabilité de transistors, de diodes à effet tunnel résonant ou de dispositifs à un électron basés sur les nanofils de silicium ou de III-V a ainsi déjà été démontrée. Ces matériaux permettent de réaliser des hétérostructures inédites car ils peuvent s’accommoder de forts désaccords de maille en déformant leur surface. La relaxation des contraintes structurales a toutefois un impact important sur leurs propriétés électroniques et optiques. Un des paramètres importants pour bien comprendre le comportement de ces structures quantiques est l’offset électronique ou la discontinuité énergétique. Il a été calculé pour le système InAs/InP et confronté à des études expérimentales suivant les directions de croissance. / Semiconductor nanowires are attracting much attention both for their original properties and their potential applications in opto- and nanoelectronics. The physics of nanowires and in particular materials at the base is poorly understood and difficult to characterize. In this context, the numerical simulation can provide quantitative answers to the problems posed by these objects and help to explore their potential. In particular, their crystallization is in a wurtzite (WZ) hexagonal phase but with stacking faults that result in insertions of cubic sequences. The zinc blende structure has been widely studied; the various structural, electronic and optical properties of semiconductor materials adopting this structure are well illustrated and discussed in the literature. On the other side, these properties are poorly understood for WZ. Study of WZ III-V materials and related heterostructures is the subject of this work. In particular, I have simulated the structural and electronic properties of relaxed InAs and InP and under strain condition. ab initio modeling or first principle may explore structural, electronic and dynamics of matter without any experimental prior knowledge. Here, DFT calculations are performed to model the structural and electronic properties of WZ InAs and InP. The error in the evaluation of conduction energy states has been circumvented with the use of GW approximation and hybrid functionals. Finally, I have studied band offset alignment and polarizations effects in InAs/InP WZ system.

Cette thèse porte sur deux sujets principaux: l'évaluation de la stabilité d'une horloge sur microcircuit utilisant des atomes piégés (Trapped Atom Clock on a Chip - TACC) et l'extension de cette technologie vers la réalisation d'un interféromètre atomique sur la même puce. Cette combinaison constitue la base pour la réalisation de capteurs inertiels intégrés pour la navigation. Des travaux antérieurs ont installé l'horloge et ont découvert, entre autres, des temps de cohérence très longs, qui permettent une interrogation Ramsey jusqu'à 5 s, une condition préalable pour le fonctionnement à grande stabilité. Je présente ici la première évaluation approfondie de la stabilité de l'horloge. Avec mon prédécesseur, nous avons démontré les fluctuations de fréquences relatives de 5.8 10-13 à 1 s intégrant jusqu'à 6 10-15 à 30000 s.La deuxième partie de cette thèse vise à étendre la polyvalence de notre puce atomique pour créer un interféromètre. J'ai étudié divers régimes d'interféromètres en utilisant des potentiels habillés par microondes. Le premier régime consiste à déplacer l'un des états d'horloge verticalement pendant une séquence d'horloge Ramsey. Ceci permet la mesure de gradients de potentiel en exploitant la différence de fréquences entre les deux états. Le second régime utilise des champs microondes pour générer un potentiel de double puits dans l'un des états d'horloge et un seul puits dans l'autre.À partir du seul puits, un pulse-π sur la transition d'horloge constitue la séparatrice de l'interféromètre et conduit une séparation spatiale tout en préservant le même état interne pour les deux bras de l'interféromètre. / This thesis covers two main subjects: the evaluation of the stability of a Trapped Atom Clock on a Chip (TACC) and the expansion of this technology towards creating an atom interferometer on the same chip. The combination of a clock and an interferometer on the same chip constitutes the basis for the realization of atom-based integrated inertial navigation units. Previous work installed the clock operation and discovered, among others, very long coherence times, which allow Ramsey interrogations of up to 5 s, a prerequisite for high stability operation. I present the first thorough evaluation of the clock stability. Together with my predecessor we have demonstrated relative frequency fluctuations of 5.8 10-13 at 1 s integrating down to 6 10-15 at 30,000 s. The second part of this thesis aims to expand the versatility of our atom chip to create an atom interferometer. I have studied various interferometer schemes using microwave dressed potentials and implemented these to the set-up. The first scheme, following work by P. Treutlein et al., involves displacing one of the clock states vertically during a Ramsey clock sequence thereby allowing the measurement of potential gradients by exploiting the differential frequency shift accumulated between the two states. Ramsey fringes where recorded for different durations of the splitting, resulting in a clear signal of the wavepacket separation. The second scheme uses microwave dressing to generate a double well potential in one of the clock states and a single well in the other. Starting in the single well, a π-pulse on the clock transition constitutes the beam splitter and leads to a spatial separation for the same internal state.

L’objectif central de cette thèse consiste à étudier les effets des couleurs associées au genre, particulièrement bleu et rose, sur la perception du sexe des visages. Les enregistrements électrophysiologiques de surface (potentiels évoqués cérébraux) et les données comportementales issus de mon travail indiquent que la perception du visage, au-delà de sa dimension physiologique, est soumise à l’influence de processus top-down induits par le stéréotype de la couleur bleue pour le genre masculin et de la couleur rose pour le genre féminin. Ces influences s’observent précocement au cours de l'étape d'encodage perceptif des visages. / The present thesis aims at studying the impact of the colors associated to gender, particularly blue and pink, on the perception of face gender. Our electrophysiological and behavioral data indicate that the perception of the face, beyond its physiological dimension, is subject to the influence of top-down processes induced by pink for female and blue for male stereotype. These influences are evident at early perceptual stage of face processing.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'utilisation de fluorofores sensibles au calcium permet de mesurer de manière non invasive l'activité des neurones. En effet, les potentiels d'actions font augmenter la concentration de calcium à l'intérieur d'une cellule, ce qui à son tour fait augmenter la fluorescence. Un dé important est de retrouver la séquence de potentiels d'actions à partir d'une mesure de fluorescence. Dans ce mémoire, nous verrons comment utiliser la fluorescence calcique pour déterminer une séquence de potentiels d'actions. Nous appliquons un algorithme basé sur l'algorithme de Viterbi et les chaînes de Markov à états cachés, développés par Deneux et al. À l'aide de cet algorithme, nous estimons les trains de potentiels d'actions ayant lieu dans un ensemble de neurones de poisson zèbres in vivo.