Une des caractéristiques les plus singulières de l’activité corticale est son degré élevé de variabilité. Ma thèse dedoctorat s’est focalisée sur l’étude de (i) l’irrégularité des intervalles entre potentiels d’action (PAs)successivement émis par un neurone, et (ii) la variabilité dans l’évolution temporelle de l’activité d’un ensemblede neurones. Premièrement, j’ai étudié l’irrégularité des neurones enregistrés dans le cortex moteur de singesmacaques performant une tâche d’estimation du temps et de préparation à l’action. J’ai montré que l’irrégularitén’est pas un paramètre libre de l’activité neuronale, contrairement au taux de PAs, mais est déterminée par lescontraintes structurelles des réseaux neuronaux. Deuxièmement, j’ai utilisé le modèle de Markov caché (MMC)pour analyser l’activité d’ensembles de neurones enregistrés dans plusieurs aires corticales, sensorielles etmotrices, de singes exécutant une tâche de discrimination tactile. J’ai montré que les processus sensoriels etdécisionnels sont distribués dans plusieurs aires corticales. Les résultats suggèrent que l’action et la décision surlaquelle elle est basée sont reliées par une cascade d’évènements non stationnaires et stochastiques. Finalement,j’ai utilisé le MMC pour caractériser l’activité spontanée d’un ensemble de neurones du cortex préfrontal d’unrat. Les résultats montrèrent que l’alternance entre les états UP et DOWN est un processus stochastique etdynamique. La variabilité apparaît donc aussi bien pendant l’activité spontanée que pendant le comportementactif et semble être contrainte par des facteurs structurels qui, à leur tour, contraignent le mode d’opération desréseaux neuronaux. / A hallmark of cortical activity is its high degree of variability. The present work focused on (i) the variability ofintervals between spikes that single neurons emit, called spike time irregularity (STI), and (ii) the variability inthe temporal evolution of the collective neuronal activity. First, I studied the STI of macaque motor corticalneurons during time estimation and movement preparation. I found that although the firing rate of the neuronstransmitted information about these processes, the STI of a neuron is not flexible and is determined by thebalance of excitatory and inhibitory inputs. These results were obtained by means of an irregularity measure thatI compared to other existing measures. Second, I analyzed the neuronal ensemble activity of severalsomatosensory and motor cortical areas of macaques during tactile discrimination. I showed that ensembleactivity can be effectively described by the Hidden Markov Model (HMM). Both sensory and decision-makingprocesses were distributed across many areas. Moreover, I showed that decision-related changes in neuronalactivity rely on a noise-driven mechanism and that the maintenance of the decision relies on transient dynamics,subtending the conversion of a decision into an action. Third, I characterized the statistics of spontaneous UP andDOWN states in the prefrontal cortex of a rat, using the HMM. I showed that state alternation is stochastic andthe activity during UP states is dynamic. Hence, variability is prominent both during active behavior andspontaneous activity and is determined by structural factors, thus rending it inherent to cortical organization andshaping the function of neural networks.

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

La phase de préparation du processus de fouille des données est critique pour la qualité des résultats et consomme typiquement de l'ordre de 80% d'une étude. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'évaluation automatique d'une représentation, en vue de l'automatisation de la préparation des données. A cette fin, nous introduisons une famille de modèles non paramétriques pour l'estimation de densité, baptisés modèles en grille. Chaque variable étant partitionnée en intervalles ou groupes de valeurs selon sa nature numérique ou catégorielle, l'espace complet des données est partitionné en une grille de cellules résultant du produit cartésien de ces partitions univariées. On recherche alors un modèle où l'estimation de densité est constante sur chaque cellule de la grille. Du fait de leur très grande expressivité, les modèles en grille sont difficiles à régulariser et à optimiser. Nous avons exploité une technique de sélection de modèles selon une approche Bayesienne et abouti à une évaluation analytique de la probabilité a posteriori des modèles. Nous avons introduit des algorithmes d'optimisation combinatoire exploitant les propriétés de notre critère d'évaluation et la faible densité des données en grandes dimensions. Ces algorithmes ont une complexité algorithmique garantie, super-linéaire en nombre d'individus. Nous avons évalué les modèles en grilles dans de nombreux contexte de l'analyse de données, pour la classification supervisée, la régression, le clustering ou le coclustering. Les résultats démontrent la validité de l'approche, qui permet automatiquement et efficacement de détecter des informations fines et fiables utiles en préparation des données.

Dans la fouille de données multi-tables, les données sont représentées sous un format relationnel dans lequel les individus de la table cible sont potentiellement associés à plusieurs enregistrements dans des tables secondaires en relation un-à-plusieurs. Afin de prendre en compte les variables explicatives secondaires (appartenant aux tables secondaires), la plupart des approches existantes opèrent par mise à plat, obtenant ainsi une représentation attribut-valeur classique. Par conséquent, on perd la représentation initiale naturellement compacte mais également on risque d'introduire des biais statistiques. Dans cette thèse, nous nous intéressons à évaluer directement les variables secondaires vis-à-vis de la variable cible, dans un contexte de classification supervisée. Notre méthode consiste à proposer une famille de modèles non paramétriques pour l'estimation de la densité de probabilité conditionnelle des variables secondaires. Cette estimation permet de prendre en compte les variables secondaires dans un classifieur de type Bayésien Naïf. L'approche repose sur un prétraitement supervisé des variables secondaires, par discrétisation dans le cas numérique et par groupement de valeurs dans le cas catégoriel. Dans un premier temps, ce prétraitement est effectué de façon univariée, c'est-à-dire, en considérant une seule variable secondaire à la fois. Dans un second temps, nous proposons une approche de partitionnement multivarié basé sur des itemsets de variables secondaires, ce qui permet de prendre en compte les éventuelles corrélations qui peuvent exister entre variables secondaires. Des modèles en grilles de données sont utilisés pour obtenir des critères Bayésiens permettant d'évaluer les prétraitements considérés. Des algorithmes combinatoires sont proposés pour optimiser efficacement ces critères et obtenir les meilleurs modèles.Nous avons évalué notre approche sur des bases de données multi-tables synthétiques et réelles. Les résultats montrent que les critères d'évaluation ainsi que les algorithmes d'optimisation permettent de découvrir des variables secondaires pertinentes. De plus, le classifieur Bayésien Naïf exploitant les prétraitements effectués permet d'obtenir des taux de prédiction importants.

Cette thèse s'intéresse au problème de préparation et de stabilisation de systèmes quantiques. Nous considérons des modèles correspondant à des expériences actuelles en électrodynamique quantique en cavité, circuits Josephson, et de contrôle quantique cohérent par laser femtoseconde. Nous posons les problèmes dans le contexte de la théorie du contrôle et nous proposons des lois de commande qui préparent ou stabilisent des états cibles. En particulier, nous nous intéressons à des états cibles qui n'ont pas d'analogue classique: des états superpositions et intriqués. De plus, nous proposons une commande pour la stabilisation d'un sous-espace de l'espace des états, contribuant ainsi au domaine de la correction d'erreur quantique. Ces résultats ont été obtenu en étroite collaboration avec des expérimentateurs. Des mesures expérimentales préliminaires sont en bon accord avec certaines prédictions théoriques de cette thèse.

Les technologies numériques de l'information et de la communication sont de plus en plus utilisées. Certes, ces technologies offrent des moyens de communication pratiques, mais elles soulèvent des préoccupations concernant la protection de la vie privée et le respect en ligne. Les utilisations malveillantes des courriels ne cessent de croître et la quantité de spams a rendu pratiquement impossible d'analyser les courriels manuellement. Vu ces problématiques, le besoin de techniques automatisées, capables d'analyser des données est devenu primordial. Plusieurs applications se basant sur l'apprentissage automatique se sont établies pour analyser des données textuelles de grand volume. Les techniques du « Text Mining » analysent des données textuelles en utilisant des méthodes d'apprentissage automatique afin d'extraire les principales tendances. Cependant, les techniques de « Text Mining » ne sont capables d'être utilisées que si les données sont déjà préparées et bien structurées. Cette recherche a deux objectifs : 1) Concevoir un outil original de préparation de données qui offre et regroupe des fonctionnalités primordiales dans l'étape de préparation de données textuelles. Nous n'avons pas trouvé ces fonctionnalités dans d'autres outils de préparation de données (Sato, Alceste, WordStat, NLTK) ce qui a créé un besoin de concevoir notre logiciel. Nous l'avons appelé outil de Préparation de Données Textuelles basé sur la Programmation Modulaire, PDTPM. 2) Application des méthodes d'apprentissage automatiques dédiées au « Text Mining » pour classifier un ensemble de courriels et détecter les spams. Pour le premier objectif, après avoir étudié le processus de préparation de données, l'étude propose un outil de Préparation de Données Textuelles. Cette plateforme permet de considérer en entrée un ensemble de données textuelles brutes et de générer en sortie ces données sous une forme bien structurée qui consiste en une matrice de données documents-mots. En ce qui concerne le deuxième objectif de notre recherche, nous explorons des courriels d'une base de données publique, Lingspam, pour les classifier au moyen de méthodes d'apprentissage automatique en spams et courriels légitimes. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : text mining, apprentissage automatique, préparation des données textuelles, détection de spams, filtrage de courriels.

Dans les pays développés tels que le Canada ou la France, la population est vieillissante et le nombre de personnes atteintes de déficiences cognitives augmente en conséquence. Ces troubles ont des conséquences sur les activités de la vie quotidienne pour les personnes qui en souffrent. Selon l’autonomie de ces personnes et la sévérité de leur déficience, un hébergement en centre spécialisé peut être envisagé. Ces centres spécialisés représentent souvent un coût financier énorme tant pour la personne que pour la société. Afin de limiter ces coûts, une solution alternative a émergé : les habitats domotiques. Ce sont des habitats dans lesquels un ensemble de technologies permet de pallier aux déficiences des personnes et de leur donner une autonomie accrue. L’activité de préparation d’un repas est une activité complexe qui peut présenter des risques variés pour des personnes atteintes de déficiences. Ces personnes vivent rarement seules, il faut tenir compte qu’un public varié puisse bénéficier du système. Ces habitats sont généralement déjà équipés d’appareils, il devient nécessaire pour le système de pouvoir s’adapter à ces appareils existants. L’objectif de ces travaux est la réalisation d’un prototype permettant d’assurer la sécurité lors de l’activité de la préparation d’un repas par des personnes atteintes de la maladie d’Alzheimer et ses aidants (professionnels ou naturels). Ce prototype doit s’adapter au profil des usagers, de son environnement et du matériel sur lequel il est déployé. Pour ce faire, le système, basé sur un système multi agent, applique des règles de sécurité qui se personnalisent par le biais du profil médical des usagers. Nos travaux ont été menés au sein de deux laboratoires, qui chacun, disposent d’appareils de cuisine différents dans leurs habitats intelligents pour la santé. Le système a pu être testé dans ces deux environnements, son adaptation vis-à-vis d’une clientèle variée et pour plusieurs risques de sécurité à travers des scénarios d’usage. Les résultats de ces expérimentations ont permis de montrer que le prototype répond bien aux objectifs visés. / In developed countries such as Canada or France, the population is ageing and the number of people with disabilities increases. Those disabilities have an impact on their activities of daily living. According to the severity of the disability and the independance of those people, a placement in a specialized institution can be considered. Those institutions often represent huge financial costs for the people as for society. In order to reduce those costs, smart homes are an alternative solution. Smart homes make it possible for people to compensate their disabilities and increase their independance through a set of technologies. Preparing a meal is a complex activity can present various risks for those people. These people rarely live alone, and it must be taken into account that a varied public can use the system. Homes are usually already equipped with appliances, it is necessary for the system to adapt itself to these devices. This work aims the implementation of a prototype ensuring the safety of people with Alzheimer during meal preparation and their caregivers (natural or professional). The prototype must adapt itself to the user’s profiles, its environment and the appliances on which it is deployed. In order to do this, the system, based on a multi agent system, applies safety rules that are customizable through the users’ medical profiles. This work is carried out in two laboratories, each with distinct kitchen appliances in their smart home. The system had been tested in both environments, its adaptation towards different users and for several safety rules through use cases. The results of these experiments showed that the prototype meets the objectives.

Bien qu'elle soit omniprésente dans notre société, l'écriture au clavier reste assez mal caractérisée. L’étudier impose de s'intéresser à l'intersection de plusieurs champs de recherche tels que la psycholinguistique, le contrôle moteur et la programmation de séquence. Le but de cette thèse était d'étudier les processus linguistiques et moteurs mis en jeu lors de l'écriture au clavier. Une première étude comportementale a démontré l'importance des processus linguistiques pour expliquer les performances d'écriture (temps de réaction, intervalles inter-frappes et proportion de réponses correctes). Dans une deuxième étude, nous avons évalué la fiabilité d’une plateforme de récolte de données en ligne pour enregistrer des séquences de frappe à grande échelle. Ensuite, trois études d'EEG ont permis de caractériser les processus de préparation de réponses motrices et leur éventuelle interaction avec des processus linguistiques. Nous avons observé à plusieurs reprises un patron d'activation/inhibition des cortex moteurs, précédemment caractérisé dans le contexte de tâches de choix forcé. Nous avons pu également observer la dépendance de cet index aux effecteurs engagés dans la séquence tapée. Les résultats présentés sont discutés en termes de processus linguistiques et moteurs sous-jacents. L'écriture au clavier se présente comme une modalité appropriée pour étudier leur interaction potentielle lors de la production écrite et la question générale de la transmission d'information entre processus cognitifs. Les données présentées ici contribuent à la caractérisation de ce comportement désormais omniprésent et ouvrent ainsi de nombreuses perspectives de recherche dans ce domaine. / Typing has become a ubiquitous skill in our modern information societies. It constitutes an important language production modality and probably our preferred way to produce written language. Still its investigation is rather scarce. Understanding typing behavior pertains to several research domains such as language production, motor control and sequence programming. The aim of this thesis was to characterize linguistic and motor processing during typing. The methodology combined fine grained behavioral and electroencephalography (EEG) investigations.The first study aimed to assess the importance of linguistic processes during typing. It revealed a composite pattern of effects on response latencies, inter-keystroke intervals and accuracy rates. The second study assessed the reliability of an online platform to perform large-scale studies of typing skills. Then, three EEG studies aimed to characterize motor planning during typing and their putative interaction with linguistic processing. While linguistic processing was harder to trace with EEG, all three studies revealed a reliable pattern over motor cortices prior to the striking of the first keystroke of a word, interpreted as an index of motor preparation. The manipulation of effectors engaged in sequence production revealed versatile inhibitory processes dependent on the content of the sequence. The results are discussed in terms of linguistic and motor processes and their putative interactions during typed language production, contributing to the popular debate about information processing in cognitive science. This work provides novel data that pave the way to promising future investigations of typing.

Le psoriasis est une maladie de peau auto-immune et chronique. Le rhumatisme psoriasique est une de ses principales complications qui est très invalidante pour les patients. Cette pathologie reste encore incurable à ce jour. L'usage des médicaments disponibles actuellement dans le psoriasis est limité par leurs effets secondaires dépendant de la dose et de la durée d'utilisation. Le but de ce travail était de développer des nanovecteurs médicamenteux à base de lipides pour un usage topique, en particulier ciblant l'épiderme viable qui est le site principal de la physiopathologie du psoriasis, mais aussi le derme et au-delà pour atteindre les articulations endommagées. Grâce à une nouvelle technique que nous avons développé et optimisé, le double déplacement de solvants, basée sur une organisation des phospholipides en deux temps, nous avons préparé des vésicules lipidiques encapsulant du diclofénac d'une part et de la ciclosporine A 'autre part. Ensuite, nous avons évalué leur aptitude à traverser la peau et cibler les régions d'intérêt. Après une étude systématique permettant d'optimiser les paramètres de préparation, les vésicules lipidiques encapsulant le diclofénac et la cyclosporine A ont montré une efficacité d'encapsulation (EE%) comprise entre 50% et 90% respectivement, selon la concentration en phospholipides. Après réalisation des études in vitro sur peau de cochon, nous avons observé que la formulation contenant une concentration basse en phospholipides (8,5 mg / mL) permettait d'encapsuler plus de 80% du diclofénac et de cibler le derme et au-delà. La formulation de vésicules lipidiques chargées de cyclosporine A qui encapsule la quantité la plus élevée (environ 80%) était également celle contenant la concentration basse de phospholipides. Contrairement au diclofénac, cette formulation n'était pas la meilleure pour cibler une couche profonde de la peau comme l'épiderme viable, alors que c'était le cas pour la formulation avec une concentration élevée de phospholipides (15 mg / mL), bien que l'EE% était d'environ 55%. Le double déplacement de solvant est une technique très prometteuse de préparation de vésicules lipidiques, capable de produire une population monodisperse d'échelle nanométrique. Cette méthode n'est que légèrement impactée lors d'une transposition d'échelle et serait donc facile à mettre en oeuvre à l'échelle industrielle. Cette méthode a été conçue dès le début pour utiliser des solvants favorisant la pénétration cutanée mais l'étendue de ces applications reste à explorer / Psoriasis is an auto-immune and chronic skin disease. Psoriatic arthritis is the main complication which is very disabling for patients. This pathology still remains incurable to date. The currently psoriasis indicated medicines use is limited by their side effects which are dose and use duration dependent. The aim of this work was to develop lipid based nanocarriers for skin targeting, especially the viable epidermis which is the main site of psoriasis physiopathology but also the dermis and beyond in order to reach the damaged articulations. Thanks to a new technique we developed and optimized called the double solvent displacement, based on a two-step phospholipid organization, we prepared diclofenac and cyclosporine A loaded lipid vesicles. Then, we evaluated their potential to cross the skin and target the skin layers of interest. After a systematic study to optimize preparation parameters, diclofenac and cyclosporine A loaded lipid vesicles displayed an encapsulation efficiency (EE %) between 50% and 90% respectively, according to the phospholipid concentration. After in vitro skin studies, we observed that the formulation containing the lower phospholipid concentration (8.5 mg/mL) allowed to encapsulate more than 80% of diclofenac and also to target the dermis and beyond. The formulation of cyclosporine A loaded lipid vesicles which encapsulates the higher amount (around 80%) is also the one containing the lower phospholipid concentration. Unlike to diclofenac, this formulation was not the better to target the viable epidermis whereas the formulation with the higher phospholipid concentration (15 mg/mL) was even though the EE% was of around 55%. The double solvent displacement is a very promising technique of lipid vesicle preparation, capable to produce monodisperse population of nanoscale carriers. This method is hardly impacted during scale-up and would be easy to implement at an industrial scale. This method was designed from the beginning to use skin penetration enhancer solvents but the scope of its applications still remains to be explored

Le taux de mortalité associé aux infections par le S. aureus résistant à la méticilline (SARM) est le plus élevé parmi les infections staphylococciques. Le SARM est aussi la plus fréquente des bactéries multirésistantes, plaçant souvent le médecin en situation d'impasse thérapeutique. Une meilleure compréhension des phénomènes de résistance aux antibiotiques permettrait de mieux détecter ces bactéries et concevoir de nouveaux antibiotiques. Dans ce contexte, ces travaux de thèse visaient à étudier le phénotype de résistance à la méticilline de S. aureus par une approche métabolomique.La première partie de ce travail a été dédiée au développement des outils nécessaires aux analyses métabolomiques globales de S. aureus. Ces développements ont impliqué la mise place d'un protocole de préparation d'échantillon spécifique et multi-étapes, de méthodes de chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution (LC/HRMS) et l'implémentation d'une base de données spectrales dédiée.Dans ces conditions, nous avons pu extraire et identifier jusqu'à 210 métabolites intracellulaires, ce qui représente la plus large couverture métabolique de S. aureus obtenue à ce jour. Dans un second temps, nous avons appliqué l'approche développée à l'étude de souches SARM et de souches sensibles à la méticilline (SASM). Après optimisation rigoureuse des conditions de culture, l'étude approfondie de 24 souches cliniques nous a permis de dégager une signature métabolique du phénotype de la résistance à la méticilline, signant notamment l'implication des voies de biosynthèse de la paroi et de la capsule bactérienne.Le séquençage complet du génome de ces 24 souches combiné à l'étude complémentaire de 16 souches de SARM de fonds génétiques différents nous a ensuite permis de souligner la pertinence de cette signature métabolique vis-à-vis du phénotype étudié. Enfin, l'étude de souches isogéniques en présence d'antibiotique a également confirmé l'implication de la synthèse de la paroi dans la distinction SARM/SASM. / The mortality rate associated with Methicillin resistant S. aureus (MRSA) is the highest among the staphylococcal infections. A better understanding of antibiotic resistance phenomena would lead to better detect these bacteria and design new antibiotics. In this context, this PhD work aimed to study the MRSA phenotype by using a metabolomics approach. The first part of this work has been dedicated to developing a global metabolomic analysis of S. aureus: i.e., the setting up of a reliable sample preparation protocol, the development of liquid chromatography-high resolution mass spectrometry methods, and the implementation of a dedicated spectral database. Under these conditions, 210 metabolites have been extracted and identified in bacterial cell extracts, which is the widest metabolic coverage of S. aureus obtained to date.Secondly, we have performed a metabolomic study of MRSA and methicillin susceptible S. Aureus (MSSA) strains. The analysis of 24 clinical strains has allowed us to highlight a metabolic signature of MRSA phenotype of which metabolites involved in bacterial wall and capsule biosynthesis pathways were part. The complete genome sequencing of these 24 strains combined with the complementary study of 16 MRSA strains of different genetic backgrounds have reinforced the relevance of this metabolic signature. Finally, the study of isogenic strains in the presence of an antibiotic has confirmed the involvement of metabolites of the wall and capsule biosynthesis pathways in the distinction of MRSA/MSSA phenotypes.