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

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

La sclérose en plaques (SEP) est la maladie chronique la plus fréquente parmi les pathologies neurologiques invalidantes non-traumatiques de l’adulte jeune en France. Le phénotype le plus fréquent est la SEP récurrente-rémittente (SEP-RR). Le diagnostic de SEP-RR est fondé sur la démonstration de la dissémination des lésions dans l'espace et dans le temps après un premier événement clinique démyélinisant dénommé syndrome clinique isolé (SCI). Les 2 principaux objectifs de cette thèse étaient de déterminer des marqueurs prédictifs d'un diagnostic précoce de la SEP après un SCI typique, et de démontrer que l’atteinte cognitive pouvait être utilisée comme un marqueur pronostique dès les stades précoces de la maladie. Le premier article décrit les résultats d’une étude rétrospective de 114 patients atteints d'un SCI médullaire. Le diagnostic de la SEP a été prédit par 3 facteurs indépendants: âge ≤40 ans, présence de bandes oligoclonales surnuméraires dans le liquide céphalo-rachidien ou une élévation de l’index IgG, et ≥3 lésions périventriculaires lors du SCI. Ces 3 facteurs prédictifs ont été validés dans une étude prospective de 652 patients avec différentes topographies de SCI (article 2). Il a été retrouvé des performances égales ou supérieures à celles des critères de dissémination spatiale proposés par McDonald et coll. pour la prédiction du diagnostic de la SEP après un SCI. Une fois le diagnostic de SEP établi, le principal défi consiste à évaluer la gravité de la maladie. Il manque de marqueurs prédictifs du handicap à long-terme. La perte axonale représente le substrat anatomique du handicap accumulé dans la SEP. Par ailleurs, les troubles cognitifs sont fréquents dans la SEP, ont été détectés dès les stades précoces de la maladie, et ont été associés à des marqueurs d’imagerie reflétant l’atteinte diffuse cérébrale. Par conséquent, l’atteinte cognitive semble être un candidat intéressant comme marqueur pronostique aux stades précoces de la SEP. Dans le troisième article, la relation entre les troubles cognitifs et les paramètres d’IRM reflétant l’atteinte diffuse cérébrale a été confirmé dans une étude longitudinale sur 7 ans de 44 patients ayant une SEP-RR nouvellement diagnostiquée. Dans le quatrième article, il a été montré la capacité de l’atteinte cognitive détectée après le diagnostic de SEP-RR à prédire la progression du handicap physique au cours du temps, étayant la valeur pronostique des déficits cognitifs dans la SEP. Dans le cinquième article, les évaluations cognitives ont été effectuées chez des patients présentant 2 phénotypes cliniques de SEP aux pronostics différents: SEP-RR et SEP progressive primaire (SEP-PP). L'étendue et la sévérité des déficits cognitifs étaient plus élevées chez les 41 patients ayant une SEP-PP par rapport aux 60 patients atteints de SEP-RR. Dans le sixième article, la valeur pronostique de l’atteinte cognitive dans la SEP a été illustrée par les effets négatifs des déficits cognitifs sur la qualité de la vie et les statuts professionnels de 48 patients atteints de SEP suivis pendant 7 ans. Après avoir montré que les déficits cognitifs pouvaient prédire l'invalidité précoce chez les patients atteints de SEP, et sachant que le handicap précoce est un marqueur prédictif de l’invalidité à long terme, la détection des déficits cognitifs apparaît comme une priorité dans la gestion des patients ayant une SEP. Par ailleurs, la vitesse de traitement de l'information (VTI) est le principal domaine cognitif altéré dans la SEP. Dans le septième article, un nouvel outil cognitif développé dans notre unité de recherche appelé «computerised speed cognitive test» a été utilisé pour détecter un ralentissement de la VTI dans un échantillon de 101 patients atteints de SEP et 415 sujets sains. Ce test a été associé à une excellente fiabilité, une bonne validité écologique, et de bonnes performances pour détecter un ralentissement de la VTI chez les patients atteints de SEP. / Multiple sclerosis (MS) is the most frequent chronic, disabling, non-traumatic neurologic disease of young adults in France. Relapsing-remitting MS (RRMS) is the most frequent phenotype of this disease. The diagnosis of RRMS is based on the demonstration of the dissemination of lesions in space and time after a first typical clinical event, which is called a clinically isolated syndrome (CIS). The 2 main objectives of this thesis were, first, to investigate predictors of an early diagnosis of MS after a typical CIS and, second, to provide support for cognitive impairment as a potentially useful prognostic marker in the early stages of MS. The first article reported the results obtained in a retrospective study that included a homogeneous sample of 114 patients with a spinal cord CIS. The diagnosis of MS was predicted by 3 independent factors: ≤40 years of age, positive for oligoclonal bands in the cerebrospinal fluid or a raised IgG index, and ≥3 periventricular lesions at the time of the CIS. In the second article, a confirmation of the validity of these 3 predictive factors was provided through a large prospective study that included 652 patients with a CIS, regardless of the anatomical location of the lesions. Notably, these predictive factors achieved the same accuracy as the dissemination in space criteria which were proposed in the McDonald criteria for the prediction of the diagnosis of MS. Once an MS diagnosis is established, the main challenge is to assess the severity of the disease, and early clinical predictors of long-term disability are still lacking. The anatomical substrate of the disabilities that are accumulated in MS appears primarily to be cumulative axonal loss. Cognitive impairment is frequent in MS, even at the early stages of the disease, and has been associated with MRI markers of diffuse brain damage. Therefore, cognitive impairment appears to be an interesting candidate as a prognostic factor in the early stages of MS. In the third article, the relationship between cognitive impairment and MRI parameters reflecting early diffuse brain damage was confirmed in a 7-year longitudinal study of 44 newly diagnosed RRMS patients. In the fourth article, the ability of the cognitive impairment detected after RRMS diagnosis in this sample of patients to predict the progression of disability over time supported the prognostic value of cognitive deficits in early MS. In the fifth article, cognitive assessments were performed on patients with 2 clinical phenotypes of MS with different prognoses: RRMS and primary progressive MS (PPMS). The extent and the severity of cognitive deficits were greater in the 41 PPMS patients compared to the 60 RRMS patients; this finding supports the relationship between cognitive impairment and widespread brain damage. In the sixth article, the prognostic value of cognitive dysfunction in MS was illustrated through the negative impacts of cognitive deficits on the qualities of life and vocational statuses of 48 patients living with MS who were followed for 7 years. Finally, as cognitive deficits were shown to have the potential to predict early disability in patients with MS, and early disability is known to be relevant to predict long-term disability in MS, the detection of cognitive deficits appears to be a priority in managing patients with MS and adapting early-stage therapeutic strategies. Information processing speed (IPS) is the main cognitive domain impaired in MS that has clinical implications. In the seventh article, the ability of a new, in-house cognitive tool called the computerised speed cognitive test to detect lowered processing speed was assessed in a validation study using samples obtained from 101 patients with MS and 415 healthy subjects. This test was clinically relevant, and had excellent reliability, ecological validity, and predictive value for detecting IPS impairment in patients with MS.

La connaissance subjective renvoie à la perception que porte un individu sur sa connaissance dans un domaine donné. La recherche suivante étudie l’influence d’une manipulation de la connaissance subjective sur les stratégies de traitement et de mémorisation de l’information. Dans notre première étude, nous montrons que l’estime de soi du consommateur joue un rôle modérateur dans la relation entre manipulation de la connaissance subjective et différentes mesures de mémorisation de l’information. Dans une deuxième étude, nous identifions des mécanismes modérateurs et des limites aux effets identifiés. La troisième étude spécifie l’étendu de cet effet de mémorisation. Enfin, la dernière étude étend la validité de nos résultats en adoptant un autre type de manipulation de connaissance subjective et en s’intéressant à un autre domaine de connaissance. Les implications de ces résultats sont discutées et des pistes de recherches futures sont proposées / Subjective knowledge refers to consumers’ perceptions about how knowledgeable they are in a specific domain. The present research investigates the impact of manipulating subjective knowledge on information processing and retrieval strategies. In a first study, we show that consumer self-esteem moderates the relationship between subjective knowledge manipulations and different measures of memory for new information. In a second study, we identify moderating mechanisms and boundary effects for the hypothesized effects. The third study specifies the scope of the memory effect. Finally, the fourth study extends the generalizability of the findings by adopting another subjective knowledge manipulation and covering a different domain of knowledge. Implications of these results are discussed and future tracks for research are provided

Les problèmes de la classification ont reçu une attention considérable dans des différents champs d'ingénierie comme traitement des images biomédicales, identification a partir de la voix, reconnaissance d'empreinte digitale etc. Les techniques d'intelligence artificielles, incluant les réseaux de neurones artificiels, permettent de traiter des problèmes de ce type. En particulier, les problèmes rencontrés nécessitent la manipulation de bases de données de tailles très importantes. Des structures de traitement adaptatives et exploitant des ensembles de classificateurs sont utilisées. Dans cette thèse, nous décrivons principalement le développement et des améliorations apportées à un outil de classification désigné par le terme Tree-like Divide to Simplify ou T-DTS. Nos efforts se sont portés sur l'un des modules de cet outil, le module d'estimation de complexité. L'architecture de l'outil T-DTS est très flexible et nécessite le choix d'un nombre important de paramètres. Afin de simplifier l'exploitation de T-DTS, nous avons conçu et développé une procédure automatique d'optimisation d'un de ces plus importants paramètres, le seuil de décision associé à la mesure de complexité. La contribution principale de cette thèse concerne le développement de modules pouvant s'implanté sur une architecture de calcul matérielle parallèle. Ceci permet de se rapprocher d'une implantation purement matérielle de l'outil T-DTS / Classification problems deal with separating group of objects into sets of smaller classes; this set of problems have received considerable attention in diverse engineering fields such as biomedical imaging, speaker identification, fingerprint recognition, etc. Several effective approaches for automated classification were suggested based on artificial intelligence techniques, including neural networks. Still, one of the major challenges faced by these approaches is a large scale of data required for successful classification. In this thesis, we explore a possible solution to this problem based on a module-based Tree-like Divide to Simplify (T-DTS) classification model. We focus on enhancing the key module of this approach - complexity estimation module. Furthermore, we provide an automated procedure for optimizing key complexity estimation parameters of the T-DTS model; this considerably improves usability and allows for a more effective configuration of decomposition reasoning of the approach. Another major contribution of this work employs further development of T-DTS modules that could be implemented using parallel computer architecture, thereby allowing T-DTS to utilize an underlying hardware to the fullest extent

Ce travail de thèse est centré sur les effets de la distraction sur les performances de conduite. Lorsqu'il conduit, un conducteur doit non seulement être capable de maintenir le contrôle du véhicule, mais également être en mesure de prélever et de traiter les informations pertinentes provenant de l'environnement routier. Ces capacités peuvent être mises à défaut par l'introduction des systèmes de communications et d'informations dans les véhicules qui le placent en situation d'attention partagée et augmentent les sources de distraction. Ce travail a tenté de déterminer comment la population des jeunes conducteurs novices, caractérisée par un fort taux d'accidents (Clarke et al. 2005) et des compétences de conduite faiblement développées (Whelan at al. 2004) gère ces situations d'attention partagée. Deux expérimentations ont alimentés cette thèse. La première, en environnement réel de conduite, visait à analyser les effets de l'utilisation conjointe d'un système de navigation et d'un téléphone portable sur la qualité de la prise d'information et du traitement de l'information (au travers de différents paramètres comportementaux). La seconde, réalisée en laboratoire, était destinée à compléter les résultats de la première expérimentation en se concentrant exclusivement sur les modalités de recherche et de prise d'informations selon que le conducteur soit novice ou expérimenté. En fonction de l'expérience de conduite, les résultats offrent des conclusions mitigées en matière de traitement de l'information en situations d'attention partagée.

L'électronique moléculaire, partie intégrante des nanotechnologies, résulte de la convergence de différents domaines: la microélectronique, la physique, la chimie ou encore la biologie. L'engouement suscité s'explique par l'espoir de trouver un complément faible coût, voire une alternative viable à l'électronique CMOS sur silicium actuelle, dont les perspectives d'évolution restent floues au-delà de 2015/2020 et dont le coût de fabrication actuel augmente de façon exponentielle. Les dispositifs à base d'électronique moléculaire apparaissent comme des candidats potentiels à l'intégration dans les mémoires du futur. En effet, leur utilisation permettrait d'obtenir, de part leurs dimensions nanométriques, des densités très élevées, bien au-delà de la roadmap silicium, tout en réduisant les coûts de fabrication grâce aux procédés d'auto-assemblage et d'intégration tridimensionnelle. Cependant, l'état de l'art actuel indique qu'il n'existe pas de modélisation appropriée à des simulations complexes et qu'à cette échelle, les variations technologiques d'un composant à l'autre seront très élevées. Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit de thèse proposent un nouveau type d'architecture de mémoire de très haute densité et tolérante aux dispersions, à base de transistor moléculaire à nanofils à effet de champs (NW-FET moléculaire). L'étude présente un modèle continu VHDL-AMS du transistor moléculaire, et deux niveaux de modélisation VHDL-AMS d'une nouvelle cellule mémoire moléculaire haute densité. Enfin, différentes techniques de tolérance aux fortes dispersions (jusqu'à 25% de variations des caractéristiques des dispositifs de base) sont évaluées.

La finalité du système constituéd'un utilisateur et d'un système de traitement de texte est de produire des documents visibles et lisibles pour un lecteur humain. L'analyse de l'évolution des progiciels de traitement de texte révèle une complexité fortement croissante. Contrairement à l'idée répandue de leur facilité d'usage, nous constatons qu'ils posent des problèmes récurrents aux utilisateurs (éditeurs ou lecteurs) attestés par une étude informatisée des traces laissées dans un ensemble contrasté de fichiers : les objets abstraits sont peu utilisés et le plus souvent indépendamment de leur fonction de structuration hiérarchique ou sémantique. La mise en perspective des facteurs métier, économique et technique dans la genèse de ce système montre la nécessité de passer de l'étude du traitement DE texte à celle du traitement DU texte .Cette approche nouvelle conduit à proposer d'autres orientations de recherche dans l'élaboration de curriculums.

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Le déplacement collectif est l'un des phénomènes les plus remarquables de la nature. Il a été observé pour de nombreuses espèces animales, comme les essaims de bactéries, l'agrégation des fourmis, les bancs de poissons, les nuées d'oiseaux ou encore les foules d'humains. Ces comportements collectifs d'animaux ne sont pas seulement des scènes spectaculaires mais sont aussi une source d'intérêt pour explorer les mécanismes sous-jacents dans le but de comprendre les lois et l'évolution des groups biologiques ou même de nous aider à élaborer des essaims auto-organisés de robots.Nous avons étudié différents systèmes de déplacements collectifs, incluant des systèmes avec une seule espèce, comme les bancs de poissons et les foules d'humains et d'autres à plusieurs espèces, comme les systèmes de fuite et poursuite en groupe. Parmi lesquels, nous nous concentrons sur les mécanismes et les rôles du traitement de l'information sur les motifs macroscopiques. De plus, pour palier à la difficulté d'extraire des trajectoires depuis des vidéos expérimentales de qualité médiocre, nous proposons un outil rapide et robuste de suivi du déplacement. Notre contenu de recherche détaillé est le suivant : 1. Nous avons étudié les mécanismes de traitement de l'information dans les déplacements du Nez-rouge dans un dispositive annulaire. Pour la première fois, nous avons définis un comportement particulier aux bancs de poissons : des évènements de demi-tour. En introduisant un délai entre l'interaction entre les poissons, nous avons trouvé qu'à un poisson d'intérêt correspondent seulement un ou deux poissons qui ne sont pas nécessairement les plus proches. De plus, nous avons montré que l'information de tourner pendant un évènement de demi-tour collectif se propage comme des dominos. Enfin, nous avons utilisé le transfert d'entropie pour quantifier les flux d'information dans l'espace et le temps durant les évènements de demi-tour. 2. Nous avons étudié le rôle d'une perturbation dans un système de foule humaine en plaçant des obstacles (les perturbations) dans un flux de fuite de panique. Nous avons trouvé une façon simple et efficace d'augmenter le flux de fuite dans le but de sauver plus de vies dans des situations dangereuses. Nous avons appliqué des algorithmes génétiques pour optimiser l'agencement des piliers dans les simulations puis nous avons testé la qualité de ces résultats contre des expériences avec de vrais humains. Les résultats suggèrent que placer deux piliers le long des deux côtés d'une sortie peut maximiser la vitesse de sortie. 3. Nous avons étudié le rôle des mécanismes de traitement de l'information dans les déplacements collectifs multi-espèces en introduisant différentes strategies pour les proies dans un modèle de poursuite en groupe. Nous proposons trois stratégies d'agrégation : se déplacer vers le centre de masse de toutes les proies (MC), se déplacer vers la proie la plus proche (NN) et minimiser la distance totale entre toutes les proies (MD). Les résultats montrent que l'agrégation augmente grandement la durée de survie du groupe, et ceci même en autorisant les proies à être immortelles. Il y a une transition de phase de t (la durée de survie moyenne) en fonction de M (le nombre de prédateurs). 4. Nous avons développé un nouvel outil de suivi de déplacement pour améliorer les algorithmes de reconnaissance d'image et de suivi actuels afin d'extraire des trajectoires depuis des vidéos de qualité médiocre. Notre outil intègre un filtre de moyenne glissante, la soustraction du bruit de fond, des réseaux de neurones artificiels, du partitionnement en k-moyennes et une fonction d'erreur définie minutieusement. L'outil peut extraire une trajectoire depuis une video de basse qualité qui ne peut être fait que très difficilement par d'autres outils. Il peut suivre plusieurs animaux comme des poissons, des drosophiles, des fourmis, etc. Les performances de notre outil sont meilleures que idTracker et Ctrax. / Collective motion is one of the most striking phenomena in nature. It has been observed in a lot of animal species, such as bacteria, ants, fish, flocks of birds and crowds of human. These collective animal behaviors not only show us spectacular scenes, but also attract us to explore the underlying mechanisms in order to understand the laws and evolution of biological groups and even help us design smarter self-organizing robots. We study different collective motion systems including single species systems such as fish school and human crowd; and multi-species group chase and escape system. Among which, we focus on the mechanisms and roles of information processing on macro patterns. Moreover, regarding to the fact that it's very difficult to extract trajectory data from low quality experiment videos, we propose a fast and robust tracking tool. Details are as follows: 1. We study the mechanisms of information processing in the movements of Hemigrammus rhodostomus in a ring-shaped tank. For the first time, we define a special behavior of fish school: U-turn event. By introducing time delay between fish interaction, we find that a focal fish usually corresponds to only 1 or 2 fish which is not necessarily the nearest one. Moreover, we find the turning information during a group U-turn event propagates like domino. In addition, we use transfer entropy to quantify dynamic information flows in space and time across the U-turn events. 2. We study the role of perturbation information in human crowd system by introducing obstacles as perturbation information into a panic escaping flow. We find a useful and simple way to increase the panic flow in order to save more lives under dangerous situation. We apply genetic algorithms to optimize the layout of pillars in the simulations and then test the results with real human experiments. Results show that putting two pillars along the two sides of the exit can maximize the escape velocity. In the end, a tangential momentum theory is proposed to explain the role of the perturbation information. 3. We study the role of information processing mechanisms in multi-species collective motion by introducing different strateg?ies for the prey in a group chase model. We propose three aggregation strategies: moving to mass center of all preys, moving to the nearest prey and minimising the total distance to all preys. Results show that aggregation increase the group survival time greatly, even allowing immortal prey. There is a phase transition of t (average survival time) against M (number of predator). 4. We developed a new tracking tool to improve the current image recognizing and video tracking algorithms so as to extract trajectories from low quality videos. Our tool integrates mean-value filter, background substraction, artificial neural network, K-means clustering and a well defined cost function. It can track low quality videos which can be hardly tracked by other tools. And it can track different animals such as fish, drosophila, ants and so on. The overall tracking performance is better than idTracker and Ctrax.