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

Dans un contexte où des technologies et matériels nouveaux permettent un traitement en masse d'échantillons et où les données acquises sont de plus en plus partagées entre équipes de recherche, les scientifiques sont confrontés à un problème majeur d'exploitation de données. Plus précisément, utiliser ces données par des outils de fouille de données ou les replacer dans une démarche expérimentale classique nécessite une appréhension préalable de l'espace informationnel disponible afin de diriger le processus. Or cette appréhension de données est un problème complexe, peu supporté par les outils informatiques actuels. <br /><br />L'objectif de cette thèse est de proposer une solution à ce problème d'appréhension des données scientifiques. Illustrée dans le domaine applicatif des Tissue MicroArrays, la proposition se base sur la notion de synthèse, inspirée des paradigmes de Recherche d'Information. Le modèle de synthèse envisagé, qui donne un rôle central à l'étude que le chercheur veut mener, par la notion de tâche, permet l'opérationnalisation d'un concept de Recherche d'Information orientée tâche par un prototype. Le prototype mis en place est validé par des étude de cas et une étude utilisateurs et ouvre des perspectives intéressantes d'extension du modèle ou d'extension à d'autres domaines applicatifs.

La chute chez les seniors constitue un problème de santé publique. Citée comme la seconde cause de décès accidentel dans le monde, elle concerne un tiers des Français de plus de 65 ans. Les séquelles physiques et fonctionnelles qui en résultent, les conséquences psychosociales nuisibles pour la qualité de la vie, la perte d'autonomie et son coût de prise en charge justifient l'attention qui lui est actuellement portée. Du point de vue du chercheur, les interprétations sous-jacentes à la surexposition des personnes âgées au risque de chute restent controversées, notamment parce que la compréhension de la coordination dynamique corporelle et de l'implication corticale lors du contrôle de l'équilibre est encore limitée. L'étude de la chute et des mécanismes qui y conduisent présente donc un double intérêt, fondamental et sociétal. Une chute survient si deux conditions sont réunies. La première est la perte initiale de l'équilibre, un 'pré-requis' qui peut toucher la population entière dans son quotidien. La seconde est un échec des mécanismes de rééquilibration, c'est à dire de la stratégie de réponse mise en œuvre pour compenser la déstabilisation : comment s'opère la sélection d'une stratégie de rattrapage, à partir de quelle appréciation du contexte et des informations sensorielles disponibles est-elle choisie ? qu'est ce qui assure son opérationnalité et garantit le rattrapage ou signe au contraire son échec ?...Pour répondre à ces questions, nous nous sommes donc intéressés à ce moment critique où il est encore possible de modifier l'issue finale par des ajustements posturaux et des actions motrices rapides et adéquats chez une population de jeunes adultes. La première étude est une analyse globale de la phase précoce d'une chute -abrégée par un harnais- (soit quelques centaines de millisecondes après la perturbation), afin d'évaluer la capacité du sujet à réagir à une perturbation imprévue et de développer des stratégies garantissant une protection efficace. Cette première étape se propose d'identifier les indicateurs discriminants et prédictifs d'une chute et d'un rattrapage au niveau neurophysiologique et biomécanique. Cette étude a également permis de mettre en évidence la présence d'un délai temporel incompressible appelé " phase passive ", source de contraintes spatio-temporelles à l'expression complète d'une réponse posturale adaptée. Dans la seconde étude, de modélisation, nous avons élaboré un modèle mécanique personnalisé, construit à partir de radiographies tridimensionnelles non invasives du corps entier. Cette modélisation nous a permis d'analyser la contribution relative de propriétés biomécaniques passives et des synergies musculaires actives en jeu pendant les perturbations récupérables de l'équilibre ou non en comparant les résultats expérimentaux ('réels') obtenus à l'aide d'un dispositif asservi pour provoquer des chutes de plain-pied et la réponse théorique prédite ('simulée') à l'aide du modèle. Les résultats obtenus permettent de confirmer que le comportement du corps est en phase précoce-dicté par ses propriétés mécaniques, et peut être assimilé à un modèle simplifié. Après avoir mis en évidence l'existence d'une phase inertielle d'une durée équivalente à la moitié du temps disponible avant l'impact, notre questionnement s'est orienté vers le traitement de l'information en-cours lors de cette phase afin d'évaluer la contribution corticale alors que la réponse posturale évolue. La troisième étude consiste principalement à appréhender la charge cognitive impliquée dans le contrôle sensori-moteur, en particulier lors d'une chute, à l'aide du paradigme de double-tâche. En conclusion, à travers une approche pluridisciplinaire, les résultats obtenus dans cette thèse permettent d'émettre des recommandations intéressantes pour une prévention et une rééducation adaptée dans le but de contribuer à l'amélioration de la qualité de vie des personnes âgées.

L’objectif de ce travail de thèse était d’investiguer l’influence de la valence émotionnelle négative, positive ou taboue des mots parlés sur l’orientation des ressources attentionnelles, dans la population tout-venant. Pour ce faire, j’ai élaboré des adaptations auditives de paradigmes expérimentaux qui avaient été utilisés auparavant dans le but d’explorer l’influence du contenu émotionnel de stimuli visuels sur l’allocation de l’attention :le paradigme de déploiement de l’attention (Etudes 1 et 3), le paradigme de Stroop émotionnel (Etude 2) et le paradigme d’indiçage spatial émotionnel (Etude 4). <p>En particulier, les Etudes 1, 3 et 4 m’ont permis d’examiner l’influence de la valence émotionnelle de ces stimuli sur l’attention sélective à une localisation spatiale, évaluée au travers des réponses à une cible subséquente. <p>Dans la situation de compétition pour les ressources attentionnelles spécifique au paradigme de déploiement de l’attention (Etudes 1 et 3), nous avons observé un engagement préférentiel des ressources attentionnelles vers la localisation spatiale des mots tabous, lorsque ceux-ci étaient présentés à droite, par rapport à la localisation spatiale des mots neutres présentés conjointement. Ces biais attentionnels ont été observés quelle que soit l’attention portée volontairement aux stimuli, la nature de la tâche à réaliser sur la cible, ou la charge cognitive liée à la tâche. De tels biais ont également été observés envers la localisation spatiale des mots négatifs et positifs, mais de manière moins robuste. Lorsque deux stimuli rivalisent pour l’orientation des ressources, la valence choquante serait donc cruciale pour l’orientation de l’attention spatiale. De plus, les mots tabous induisent un ralentissement général des temps de réaction (TRs) à la cible subséquente, quelle que soit sa localisation spatiale.<p>Au contraire, lorsque des mots-indices sont présentés isolément dans le paradigme d’indiçage spatial émotionnel (Etude 4), la valence émotionnelle négative des mots, mais pas leur valence choquante, paraît cruciale pour l’observation d’effets spatiaux :les stimuli les plus négatifs moduleraient l’orientation spatiale automatique de l’attention suscitée par leur présentation périphérique. Plus précisément, ils empêcheraient l’application de processus attentionnels inhibiteurs des localisations déjà explorées. En outre, la présentation d’un indice périphérique négatif accélère le traitement d’une cible subséquente, quelle que soit sa localisation spatiale.<p>L’influence de la dimension émotionnelle des mots parlés sur l’attention sélective à une dimension (non-émotionnelle) de ces stimuli a été investiguée grâce au paradigme de Stroop émotionnel (Etude 2). Contrairement à mes autres études, aucun déplacement attentionnel spatial n’était impliqué dans cette situation puisque les participants devaient répondre à chaque essai à une dimension non-émotionnelle (l’identité du locuteur) du stimulus (potentiellement émotionnel) présenté. J’ai ainsi observé une influence de la dimension émotionnelle taboue ou négative des mots sur le traitement de la dimension pertinente d’un mot neutre subséquent, mais pas sur le traitement de la dimension pertinente de ces mots eux-mêmes, suggérant l’occurrence d’effets lents, inter-essais, des mots tabous et négatifs, mais pas d’effet rapide. <p>Ces données appuient donc l’existence, dans une population tout-venant, d’un mécanisme de traitement involontaire du contenu émotionnel des mots parlés qui influence non seulement l’orientation spatiale et dimensionnelle de l’attention mais également, de manière plus générale, la latence des réponses fournies par le sujet.<p> / Doctorat en Sciences Psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'exclusion sociale est considérée comme l'une des situations les plus douloureuses pour les êtres humains. Les travaux dans ce domaine montrent que même de brefs épisodes d’ostracisme (paradigme du Cyberball) ont des effets importants aux niveaux neurophysiologique, émotionnel et comportemental, l’impact de cet ostracisme au niveau cognitif néanmoins n'a pas reçu beaucoup d'attention. Des résultats récents mettent en évidence une influence négative de l'ostracisme sur les marqueurs électrophysiologiques du contrôle cognitif, il n'y a cependant à ce jour aucune preuve directe d’une réduction de contrôle cognitif sous l’effet d’une exclusion sociale. Dans nos travaux nous avons étudié l'impact de l'ostracisme (Cyberball) sur le contrôle cognitif avec la tâche standard de Simon couplée à des analyses distributionnelles des temps de réaction auprès de populations caractérisées ou non par des expériences chroniques d’ostracisme (i.e., des étudiants ordinaires dans l’Étude 1, des personnes illettrées dans l'Étude 2 et des chômeurs de longue durée dans l'Étude 3). Dans les trois études, de brefs épisodes d'exclusion sociale suffisent à dégrader le niveau de satisfaction exprimé par les participants à l’égard des besoins fondamentaux (appartenance sociale, existence significative, estime de soi, contrôle des événements). Ces effets, cependant, s’avèrent réduits dans les populations chroniquement frappées d'ostracisme, suggérant leur moindre sensibilité à l'exclusion sociale en jeu dans le Cyberball. Plus important encore, cet ostracisme provoque chez les participants non stigmatisés une diminution du contrôle cognitif (Étude 1), mise en évidence dans nos travaux par un effet Simon stable (plutôt que réduit) sur les temps de réaction les plus longs pourtant les plus sensibles à l’expression d’un processus d'inhibition. Cependant, nos résultats ne montrent aucune différence de sensibilité entre les participants chroniquement ostracisés et leurs groupes contrôle (les Études 2 et 3), suggérant une certaine faiblesse du paradigme Cyberball auprès des personnes en situation d'exclusion sociale dans leur vie quotidienne. Nos résultats remettent donc en question la prédominance de ce paradigme pour la compréhension des effets cognitifs de l’exclusion sociale, au moins chez les individus caractérisés par un ostracisme chronique. / Impact on cognitive control, emotions and fundamental needsRésumé : Social exclusion is considered as one of the most painful situations for human beings. Past research showed that even brief episodes of ostracism (the Cyberball paradigm) have strong effects at the neurophysiological, emotional, and behavioral levels, its impact at the cognitive level however did not receive much attention. Recent findings revealed a negative influence of ostracism on electrophysiological markers of cognitive control, yet there is no direct evidence that being socially excluded reduces cognitive control. Here, we investigated the impact of ostracism (using the Cyberball) on cognitive control using a standard Simon task and distributional reaction time analyses with non-chronically-ostracized and chronically-ostracized populations (regular students in Study 1, illiterate people in Study 2, and long-term unemployed people in Study 3). In the three studies, brief episodes of social exclusion had negative effects on participants’ self-reports of fundamental needs' satisfaction (belonging, meaningful existence, self-esteem, and control). These effects, however, were substantially reduced in chronically-ostracized populations, suggesting that ostracism based on the Cyberball is a bit less meaningful for those populations. More importantly, this ostracism caused a transitory reduction in cognitive control in the non-chronically-ostracized participants (Study 1), as indicated by a stable (rather than decreased) Simon effect on longer reaction times where inhibition yet is more likely. However, we found no evidence of a differential sensitivity between the chronically-ostracized participants and their control groups (Study 2 and Study 3), suggesting that the Cyberball paradigm is not powerful enough with people experiencing social exclusion in their ordinary life. Our findings therefore call into question the predominance of the Cyberball paradigm for our understanding of the cognitive effects of ostracism, at least in chronically ostracized-individuals.

L’enseignement des langues par la tâche est une approche d’enseignement des langues secondes de plus en plus adoptée dans différents contextes. Toutefois, la place de l’enseignement de la forme au sein d’une tâche fait toujours l’objet d’un débat. En plus de savoir si l’enseignement de la forme devrait se faire de façon préventive ou réactive (Ellis, 2017; Long, 2015), le moment auquel il faudrait procéder à un enseignement de la forme ne fait pas consensus, que ce soit au début de la tâche (Dekeyser, 1997, 2007), pendant la tâche (Lightbown, 2008; Long, 2015) ou après la tâche (Willis et Willis, 2007). Cette incertitude mène les enseignants à se demander s’ils devraient intégrer ou non un enseignement de la forme à une tâche et à quel moment ils devraient le faire (East, 2017). La présente étude quasi expérimentale vise à mieux comprendre le rôle lié au moment de procéder à un enseignement de la forme dans le cadre d’une tâche et à contrôler certaines variables qui peuvent moduler les effets du type d’enseignement, dont le niveau de connaissances initiales et l’aptitude langagière des apprenants. Huit groupes, six groupes expérimentaux et deux groupes témoins, d’étudiants de français langue seconde (quatre groupes de niveau B1 et quatre groupes de niveau B2) ainsi que leurs enseignants respectifs ont participé à l’étude. L’intervention expérimentale consistait en une tâche de hiérarchisation et une tâche de prise de décision. Six groupes ont reçu un enseignement explicite du subjonctif soit au début de chaque tâche, soit pendant la tâche, soit après la tâche et deux groupes ont réalisé les deux tâches sans recevoir d’enseignement explicite. Les participants (n = 165) ont effectué un prétest, un post-test immédiat et un post-test différé mesurant les connaissances implicites (test d’imitation sollicitée) et explicites (test de jugement de la grammaticalité) et ont effectué un test mesurant l’aptitude langagière (LLAMA). Le degré de connaissances des apprenants a été déterminé en fonction de leurs résultats aux prétests. Les participants dont les résultats étaient en dessous de la médiane ont été attribués aux groupes de niveau faible et ceux dont les résultats étaient au-dessus de la médiane ont été attribués aux groupes de niveau avancé. Les résultats d’ANOVA à mesures répétées montrent que les apprenants moins avancés semblent bénéficier d’un enseignement pendant la tâche, alors que les étudiants plus avancés semblent bénéficier d’un enseignement au début de la tâche. Par conséquent, le niveau des apprenants est à prendre en considération au moment de planifier un enseignement de la forme. Par ailleurs, les résultats de régressions multiples montrent que l’aptitude langagière est davantage sollicitée dans les conditions d’enseignement de la forme avant ou pendant la tâche et que différentes composantes interviennent à des stades d’acquisition différents. Cette étude offre des répercussions pratiques et théoriques au regard du moment de procéder à un enseignement de la forme en fonction du niveau des apprenants et de leur aptitude langagière. / Task-Based Language Teaching is an increasingly popular approach used in a variety of second-language learning environments. There is debate, however, on the incorporation of form-focused instruction and, more specifically, regarding when precisely it should be integrated in the execution of a task. Beyond determining whether a form should be taught proactively or reactively (Ellis, 2017, Long, 2015), the lack of consensus as to whether form-focused instruction should occur at the beginning of a task (Dekeyser, 1997, 2007), during a task (Lightbown, 2008; Long, 2015), or after a task (Willis et Willis, 2007) drives language instructors to question whether they should integrate form-focused instruction at all and creates uncertainty as to when it is most beneficial to do so (East, 2017). The present quasi experimental study seeks to better understand the effects of the timing of form-focused instruction in the task-based teaching framework while controlling for moderating variables such as the degree of learner knowledge and learners’ language aptitude. Eight groups, six experimental and two comparison, of French as a second language students (four groups of B1 level and four groups of B2 level) and their respective teachers participated in the study. The experimental intervention consisted of two tasks, one hierarchical task and one decision-making task. Six groups received explicit instruction on the subjunctive at the beginning, during, or after a task while two groups completed the tasks without explicit instruction. The participants (N = 165) completed a pre-test, an immediate post-test and a delayed post-test assessing both implicit knowledge (Elicited Imitation Test) and explicit knowledge (Grammaticality Judgment Test). Participants also completed a language aptitude assessment test (LLAMA). Learners’ degree of knowledge was determined based on their pre-test performance. Participants whose mean scores were below or above the median were assigned to the low or advanced knowledge groups respectively. Repeated-measures ANOVAs show that lower-level learners benefit from instruction during a task while more advanced learners benefit from instruction at the start of a task. Consequently, learner readiness is a factor to consider when planning and executing focus on form instruction. Additionally, multiple regression results demonstrate that language aptitude plays a more significant role when form-focused instruction is given before or during a task and that different components are drawn upon at different acquisitional stages. The study concludes by offering theories and practical recommendations regarding the inclusion of focus on form instruction that considers the level and aptitude of learners.

Le vieillissement des sociétés dans le monde s’accompagne d’immenses possibilités en même temps que de nombreux défis en matière de santé et de bien-être. Comme en témoignent les aînés, la qualité de vie lors du vieillissement dépend fortement de l’état de santé cognitive. Une meilleure compréhension des constituants de la santé cognitive constitue donc un élément central dans le défi qui attend les neuroscientifiques. Pour accomplir efficacement les activités cognitives quotidiennes, les régions du cerveau synchronisent leur activité l’une avec l’autre, tel que mesuré par la connectivité fonctionnelle basée sur les données de l’imagerie cérébrale. Les méthodes utilisant la connectivité fonctionnelle ont permis de mettre en avant une architecture relativement stable en soutien aux processus cognitifs. Cette organisation fonctionnelle serait en grande partie déterminée par l’architecture présente au « repos » (l’activité spontanée non contrôlée), mais serait également modulée par le type et le niveau d’activité dans les réseaux spécifiques à la tâche. À ce jour, il n’est pas clair si l’activité cognitive module l’association entre les mesures de connectivité fonctionnelle et l’âge, ou encore les expériences de vie, suspectées de soutenir le maintien des performances cognitives à travers un phénomène de réserve neurocognitive. Cette question est particulièrement d’intérêt dans le cadre des habiletés lexico-sémantiques, qui apparaissent -de manière générale- exceptionnellement bien préservées avec l’âge. Cette thèse, articulée en trois études, vise donc à décrire et comparer l’effet de l’âge sur les patrons de connectivité fonctionnelle lors de tâches lexico-sémantiques et au repos, ainsi qu’à caractériser l’influence de la complexité de la tâche et des expériences de vie sur les relations unissant âge et performance cognitive. Une première étude -grâce à l’imagerie cérébrale- décrit les interactions fonctionnelles entre régions lors de diverses tâches de vocabulaire. L’objectif de cette première étude est de décrire les changements de connectivité fonctionnelle liés à l’âge en utilisant trois tâches langagières et de comparer ces changements avec ceux observés dans un état de repos, et ce, dans une cohorte de 300 adultes âgés entre 18 et 85 ans. Il faut en effet rappeler que la compréhension de la réorganisation du cerveau dans le vieillissement repose principalement sur des études au repos; ou sur un plus petit nombre d’études ayant exploré les capacités cognitives qui, typiquement, déclinent avec l’âge. Cette littérature a mené à l’élaboration de concepts et de modèles du vieillissement cognitif qui semblent transversaux aux domaines cognitifs. Toutefois, certaines habiletés, comme les capacités langagières lexico-sémantiques, sont caractérisées par la préservation générale de la performance dans le vieillissement, offrant ainsi une potentielle fenêtre privilégiée pour observer des mécanismes cognitifs efficaces. L’exploration des caractéristiques spécifiques à une activité pourrait donc offrir un nouveau regard sur les mécanismes qui sous-tendent un vieillissement cognitif optimal. Les résultats indiquent que les différences de connectivité fonctionnelles liées à l’âge varient d’un paradigme à l’autre et que l’état de repos présente des caractéristiques très distinctes des tâches. En particulier, les régions du réseau du langage montrent des augmentations de la connectivité au cours du vieillissement, tandis que seules des diminutions de connectivité caractérisent l’état de repos. Ces résultats ont été reproduits en manipulant différentes variables du modèle, suggérant une certaine robustesse. Une seconde étude s’attarde à décrire les différences d’architecture fonctionnelle entre jeunes et aînés dans le contexte de la réalisation de tâches de dénomination. La connectivité fonctionnelle induite par une tâche offre le potentiel de révéler des processus neurofonctionnels particulièrement adaptés à l’état cognitif. La manipulation méthodologique de la tâche devait donc permettre d’étudier avec précision les mécanismes neurofonctionnels qui soutiennent la préservation de la performance pour une activité cognitive donnée. Par exemple, l’utilisation d’un paradigme de tâche permet l’utilisation d’un atlas propre à la tâche et à l’échantillon au lieu des atlas génériques issus d’un état de repos, ou la manipulation du niveau de complexité. Le but de la deuxième étude est de décrire les changements de connectivité fonctionnelle liés à l’âge pendant l’accomplissement d’une tâche cognitive qui est typiquement préservée dans le vieillissement sain, ainsi que de comparer les différences liées à une complexité plus élevée, tel que défini par la fréquence lexicale. Les résultats suggèrent des mécanismes propres à l’âge et à la tâche. Les adultes plus âgés présentent une gamme complexe de différences dans l’architecture fonctionnelle, en particulier dans les régions motrices de la parole, mais aussi sous la forme d’une ségrégation accrue des régions classiquement attribuée au traitement sémantique. Seules quelques régions présentent un effet d’interaction significatif entre la demande intrinsèque de la tâche et les différences liées à l’âge, ce qui suggère des mécanismes spécifiques à la tâche plutôt que transversaux aux domaines cognitifs. Dans l’ensemble, les résultats de ces deux études confirment donc l’intérêt complémentaire des analyses en connectivité fonctionnelle induite par une tâche pour comprendre l’organisation cérébrale qui sous-tend le maintien de la performance cognitive au cours du vieillissement sain. Une troisième étude se focalise en conséquence sur les liens entre les expériences de vie cognitivement stimulantes et la performance comportementale durant l’accomplissement d’une tâche cognitive en décrivant l’architecture neurofonctionnelle d’adultes jeunes et âgés. Dans l’étude des facteurs sous-tendant la préservation cognitive dans le vieillissement, l’impact des expériences de vie cognitivement stimulantes (p.ex.: niveau d’éducation, activité professionnelle, activités quotidiennes) a attiré l’intérêt de nombreux chercheurs au cours des 20 dernières années. Il est par exemple suggéré que les expériences de vie cumulées contribuent à la préservation cognitive dans le vieillissement sain ainsi qu’aux premiers stades d’une maladie neurodégénérative. Une relation indirecte est soupçonnée entre les expériences de vie et l’activité cognitive, à travers l’activité neuronale. Toutefois, l’impact des expériences de vie sur les capacités de dénomination – une activité cognitive parmi les mieux conservées avec l’âge -- est encore inconnu. L’objectif de la troisième étude est de décrire les relations directes et indirectes entre la connectivité fonctionnelle, la performance aux tâches et les activités cognitivement stimulantes (éducation, profession, activités quotidiennes) chez les personnes âgées. Les résultats montrent que le niveau de performance est associé à des patrons distincts de connectivité fonctionnelle chez les personnes jeunes et âgées pendant la dénomination de mots. Dans le contexte d’une tâche généralement réussie, il n’existe toutefois pas de relation entre le niveau de participation à des activités stimulantes (p.ex. : éducation, profession, activités de loisirs) et la performance à la tâche chez les ainés, contrairement à ce qui est observé chez les adultes jeunes. En somme, les travaux de cette thèse supportent l’hypothèse selon laquelle les mesures de connectivité fonctionnelle s’avèrent sensibles à l’état cognitif, offrant ainsi un appui à l’utilisation de paradigmes soigneusement conçus pour répondre à des questions spécifiques sur le vieillissement cognitif. Lors de l’exécution réussie d’une tâche de dénomination de mots, les adultes plus âgés font preuve d’une synchronisation spécifique à la tâche entre régions cérébrales, en association avec le niveau de performance. Bien que les expériences de vie cognitivement stimulantes interagissent avec la connectivité fonctionnelle chez les personnes âgées, celles-ci semblent peu corrélées à la performance dans le contexte d’une habileté préservée. Ces résultats offrent une perspective alternative aux rapports sur les mécanismes neuronaux de domaine général dans le vieillissement et suggèrent que l’utilisation d’une méthodologie propre à l’échantillon et à la tâche peut s’avérer utile pour parvenir à un portrait complet des processus cognitifs sains en matière de vieillissement. / The aging of societies worldwide comes with both immense opportunities as well as numerous challenges regarding health and wellness. As reported by older adults, quality of life in aging is heavily dependent upon cognitive health. A better understanding of the constituents of cognitive health is thus a central piece of the scientific challenge that awaits neuroscientists. For a cost-effective functioning in everyday cognitive activities, brain regions synchronize their activity one with another, as is measured by functional connectivity using neuroimaging. Functional connectivity has allowed for the recognition of a relatively stable architecture in charge of cognitive processes. This functional organization would be in large part determined by the architecture present at “rest” (the unconstrained spontaneous activity), but would also be modulated by the cognitive activity and by the cognitive demand in task-specific networks. The current understanding of the brain reorganization in aging relies mostly on either resting-state studies, or on a smaller number of studies that explored cognitive abilities typically declining with age. This literature led to the development of domain-general models and concepts regarding cognitive aging. Yet, little is known about task-specific patterns in functional connectivity with age. For example, lexical-semantic abilities are characterized by general preservation of performance in aging, therefore offering a potentially privileged window to observe efficient cognitive mechanisms. The exploration of task-specific characteristics could thus offer a new insight on neurofunctional mechanisms that define healthy aging, including potential reserve phenomenon. The general aim of this thesis, articulated in three studies, is to describe and compare the effect of age on functional connectivity patterns during lexico-semantic tasks and at rest, as well as to characterize the influence of task complexity and life experiences on the relationship between age and cognitive performance. The goal of the first study was to describe the age-related changes in functional connectivity using three language tasks in a large cohort of aging adults [18-85 years old] and to compare these changes with those observed in a resting state. Results show that age-related differences vary from one paradigm to another and that resting-state present very distinct pattern when compared with tasks. Notably, regions of the language network show age-related increases in connectivity while only age-related decreases characterize resting-state. These results remained stable even after manipulation of the model’s confounding variables, suggesting a certain robustness. Task-induced functional connectivity thus holds a potential to reveal neurofunctional processes that are distinctly adapted to the cognitive state. In consequence, a precise neurofunctional characterization for a given cognitive activity may benefit from a methodological fine-tuning. Such manipulation of the task may reveal neurofunctional mechanisms that support preserved cognitive abilities. For example, task paradigm allows the use of a sample and task-specific template instead of generic -resting-state- atlases, or the manipulation of the cognitive demand level. The goal of the second study was to describe the age-related changes of the functional connectivity patterns during the accomplishment of a cognitive task that is typically preserved in healthy aging, as well as to compare age-related differences under higher task demand, defined by lexical frequency. Results suggest both age and task-specific mechanisms. Older adults show a complex array of differences in functional connectivity architecture, especially so in speech motor regions, but also in the form of increased segregation of regions classically attributed to semantic processing. Only a few regions show a significant interaction effect between intrinsic task demand and age-related differences in functional connectivity. Altogether, the findings from the first two studies confirm the complementary interest of task-induced functional connectivity analysis to uncover the brain organization that subserves lexico-semantic abilities during healthy aging. Yet, little is known about what processes underly inter-individual differences in performance. In the investigation of preserved performance in aging, the impact of cognitively stimulating life experiences has drawn many interests in the past 20 years. Life experiences were indeed demonstrated to contribute to the preservation of cognitive performance in healthy aging and in the early stages of neurodegenerative diseases. This mechanism is suspected of operating through an indirect relationship between life experiences and cognitive activity via neural activity. It may also be mediated by the individual capacity to cope with the demand of the task. The impact of such lifetime experience on naming abilities --- amongst the best-preserved with age --- is still unknown. The goal of the third study was thus to describe the direct and indirect relationships between lifelong activities (i.e., education, occupation, everyday activities), functional connectivity, and task performance in older individuals. Results show that life experiences interact with functional connectivity during successful word naming among older individuals. An interaction with task demand was also noted in some brain regions, suggesting demand-dependent neural mechanisms. In conclusion, functional connectivity proves to be sensitive to the actual cognitive state, supporting the use of carefully designed paradigms to answer specific questions about cognitive aging. During the successful performance of a word naming task, older adults show a task-specific use of the brain connectome. While cognitively stimulating life experiences interact with functional connectivity in older adults, it appears poorly related to task performance in the context of preserved naming abilities. These findings offer an alternative perspective to previous reports of domain-general neural mechanisms in aging. Task and sample-specific designs may reveal useful to reach a complete characterization of successful cognitive processes in healthy aging.

Dans le traitement de langue et des système de dialogue, il est courant de pré-entraîner des modèles de langue sur corpus humain avant de les affiner par le biais d'un simulateur et de résolution de tâches. Malheuresement, ce type d'entrainement tend aussi à induire un phénomène connu sous le nom de dérive du langage. Concrétement, les propriétés syntaxiques et sémantiques de la langue intiallement apprise se détériorent: les agents se concentrent uniquement sur la résolution de la tâche, et non plus sur la préservation de la langue. En s'inspirant des travaux en sciences cognitives, et notamment l'apprentigssage itératif Kirby and Griffiths (2014), nous proposons ici une approche générique pour contrer cette dérive du langage. Nous avons appelé cette méthode Seeded iterated learning (SIL), ou apprentissage itératif capitalisé. Ce travail a été publié sous le titre (Lu et al., 2020b) et est présenté au chapitre 2. Afin d'émuler la transmission de la langue entre chaque génération d'agents, un agent étudiant est d'abord pré-entrainé avant d'être affiné de manière itérative, et ceci, en imitant des données échantillonnées à partir d'un agent enseignant nouvellement formé. À chaque génération, l'enseignant est créé en copiant l'agent étudiant, avant d'être de nouveau affiné en maximisant le taux de réussite de la tâche sous-jacente. Dans un second temps, nous présentons Supervised Seeded iterated learning (SSIL) dans le chapitre 3, où apprentissage itératif capitalisé avec supervision, qui a été publié sous le titre (Lu et al., 2020b). SSIL s'appuie sur SIL en le combinant avec une autre méthode populaire appelée Supervised SelfPlay (S2P) (Gupta et al., 2019), où apprentissage supervisé par auto-jeu. SSIL est capable d'atténuer les problèmes de S2P et de SIL, i.e. la dérive du langage dans les dernier stades de l'entrainement tout en préservant une plus grande diversité linguistique. Tout d'abord, nous évaluons nos méthodes dans sous la forme d'une preuve de concept à traver le Jeu de Lewis avec du langage synthetique. Dans un second temps, nous l'étendons à un jeu de traduction se utilisant du langage naturel. Dans les deux cas, nous soulignons l'efficacité de nos méthodes par rapport aux autres méthodes de la litterature. Dans le chapitre 1, nous discutons des concepts de base nécessaires à la compréhension des articles présentés dans les chapitres 2 et 3. Nous décrivons le problème spécifique du dialogue orienté tâche, y compris les approches actuelles et les défis auxquels ils sont confrontés : en particulier, la dérive linguistique. Nous donnons également un aperçu du cadre d'apprentissage itéré. Certaines sections du chapitre 1 sont empruntées aux articles pour des raisons de cohérence et de facilité de compréhension. Le chapitre 2 comprend les travaux publiés sous le nom de (Lu et al., 2020b) et le chapitre 3 comprend les travaux publiés sous le nom de (Lu et al., 2020a), avant de conclure au chapitre 4. / In task-oriented dialogue, pretraining on human corpus followed by finetuning in a simulator using selfplay suffers from a phenomenon called language drift. The syntactic and semantic properties of the learned language deteriorates as the agents only focuses on solving the task. Inspired by the iterative learning framework in cognitive science Kirby and Griffiths (2014), we propose a generic approach to counter language drift called Seeded iterated learning (SIL). This work was published as (Lu et al., 2020b) and is presented in Chapter 2. In an attempt to emulate transmission of language between generations, a pretrained student agent is iteratively refined by imitating data sampled from a newly trained teacher agent. At each generation, the teacher is created by copying the student agent, before being finetuned to maximize task completion.We further introduce Supervised Seeded iterated learning (SSIL) in Chapter 3, work which was published as (Lu et al., 2020a). SSIL builds upon SIL by combining it with the other popular method called Supervised SelfPlay (S2P) (Gupta et al., 2019). SSIL is able to mitigate the problems of both S2P and SIL namely late-stage training collapse and low language diversity. We evaluate our methods in a toy setting of Lewis Game, and then scale it up to the translation game with natural language. In both settings, we highlight the efficacy of our methods compared to the baselines. In Chapter 1, we talk about the core concepts required for understanding the papers presented in Chapters 2 and 3. We describe the specific problem of task-oriented dialogue including current approaches and the challenges they face: particularly, the challenge of language drift. We also give an overview of the iterated learning framework. Some sections in Chapter 1 are borrowed from the papers for coherence and ease of understanding. Chapter 2 comprises of the work published as (Lu et al., 2020b) and Chapter 3 comprises of the work published as (Lu et al., 2020a). Chapter 4 gives a conclusion on the work.

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La plupart des études portant sur les commotions cérébrales se sont principalement intéressées aux conséquences de ces dernières sur le cerveau lui-même. Or, le cerveau assure de nombreuses fonctions, étant notamment impliqué dans la régulation du rythme cardiaque. Récemment, des chercheurs ont donc étudié les conséquences de ces commotions cérébrales sur la régulation de la fréquence cardiaque par le cerveau durant un effort physique. Cependant, la majorité des athlètes qui subissent une commotion cérébrale doivent non seulement planifier leur retour au jeu, mais également prévoir un retour au travail ou aux études. Ainsi, l’objectif de ce projet de recherche est d’étudier les conséquences des commotions cérébrales sur la régulation de la fréquence cardiaque par le cerveau durant un effort cognitif. Onze athlètes universitaires ayant subi une commotion cérébrale ainsi que 14 athlètes n’ayant aucun historique de commotion cérébrale ont pris part à l’étude. Les athlètes du groupe commotion ont été évalués en moyenne 14,6 jours (± 7,4 jours) après leur blessure. La fréquence cardiaque des participants a été enregistrée au repos ainsi que durant un effort cognitif qui consistait en une tâche d’alternance (« switch task »). De courts segments de la fréquence cardiaque d’une durée de deux minutes, au repos et durant la tâche cognitive, ont été analysés. Les résultats montrent une augmentation significative de l’entropie approximative chez les athlètes du groupe contrôle durant la tâche cognitive (ρ < 0,05), tandis qu’aucune différence n’a été observée entre l’entropie approximative au repos et celle durant la tâche cognitive chez les athlètes du groupe commotion. Ces résultats suggèrent que des déficits neurologiques liés à la régulation de la fréquence cardiaque peuvent être observés durant une tâche cognitive chez des athlètes ayant récemment subi une commotion cérébrale. / Most studies have focused on the consequences of concussions on the brain itself. However, the brain performs many functions, including regulating heart rate. Therefore, researchers have begun studying the consequences of these concussions on the brain’s heart rate regulation during physical exertion. Most athletes who sustain a concussion need to plan for their return to play as well as a return to work or school. The purpose of this research project was to study the consequences of concussions on the brain’s regulation of heart rate during cognitive effort. This study involved 11 university athletes who sustained a concussion, as well as 14 athletes with no history of concussion. Concussed athletes were assessed an average of 14.6 days (± 7.4 days) after their injury. The participants’ heart rate was recorded at rest and during cognitive effort, which consisted of a switch task. Short segments lasting two minutes at rest and during cognitive task were analyzed. The results show a significant increase in the approximate entropy in the control group during the cognitive task (ρ <0.05), while no difference was observed between the approximate entropy at rest and during the cognitive task in the concussed athletes. These results suggest that neurological deficits related to heart rate regulation may be observed during cognitive task in athletes who recently sustained a concussion.