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Event Related Potentials (ERP) can be recorded from the scalp and are related to psychic processes induced by some "event". This "event" can be either a physical one or a psychological one. ERP recorded in schizophrenic patients give some informations about pathological changes of attentional mechanisms specifically disturbed by the illness, as many researches shown it. Moreover, changes in the lateralization of brain electrical activities, correlated with some abnormalities observed with brain imaging methods, give some new data on brain tissue disturbances known to be specific of some schizophrenic disorders. Further developments of these psychophysiological methods might contribute to obtain, in the future, a better knowledge of specific pathological mechanisms underlying schizophrenic disorders.

Le traitement des émotions joue un rôle essentiel dans les relations interpersonnelles. Des déficits dans la reconnaissance des émotions évoquées par les expressions faciales et vocales ont été démontrés à la suite d’un traumatisme craniocérébral (TCC). Toutefois, la majorité des études n’ont pas différencié les participants selon le niveau de gravité du TCC et n’ont pas évalué certains préalables essentiels au traitement émotionnel, tels que la capacité à percevoir les caractéristiques faciales et vocales, et par le fait même, la capacité à y porter attention. Aucune étude ne s’est intéressée au traitement des émotions évoquées par les expressions musicales, alors que la musique est utilisée comme méthode d’intervention afin de répondre à des besoins de prise en charge comportementale, cognitive ou affective chez des personnes présentant des atteintes neurologiques. Ainsi, on ignore si les effets positifs de l’intervention musicale sont basés sur la préservation de la reconnaissance de certaines catégories d’émotions évoquées par les expressions musicales à la suite d’un TCC. La première étude de cette thèse a évalué la reconnaissance des émotions de base (joie, tristesse, peur) évoquées par les expressions faciales, vocales et musicales chez quarante et un adultes (10 TCC modéré-sévère, 9 TCC léger complexe, 11 TCC léger simple et 11 témoins), à partir de tâches expérimentales et de tâches perceptuelles contrôles. Les résultats suggèrent un déficit de la reconnaissance de la peur évoquée par les expressions faciales à la suite d’un TCC modéré-sévère et d’un TCC léger complexe, comparativement aux personnes avec un TCC léger simple et sans TCC. Le déficit n’est pas expliqué par un trouble perceptuel sous-jacent. Les résultats montrent de plus une préservation de la reconnaissance des émotions évoquées par les expressions vocales et musicales à la suite d’un TCC, indépendamment du niveau de gravité. Enfin, malgré une dissociation observée entre les performances aux tâches de reconnaissance des émotions évoquées par les modalités visuelle et auditive, aucune corrélation n’a été trouvée entre les expressions vocales et musicales. La deuxième étude a mesuré les ondes cérébrales précoces (N1, N170) et plus tardives (N2) de vingt-cinq adultes (10 TCC léger simple, 1 TCC léger complexe, 3 TCC modéré-sévère et 11 témoins), pendant la présentation d’expressions faciales évoquant la peur, la neutralité et la joie. Les résultats suggèrent des altérations dans le traitement attentionnel précoce à la suite d’un TCC, qui amenuisent le traitement ultérieur de la peur évoquée par les expressions faciales. En somme, les conclusions de cette thèse affinent notre compréhension du traitement des émotions évoquées par les expressions faciales, vocales et musicales à la suite d’un TCC selon le niveau de gravité. Les résultats permettent également de mieux saisir les origines des déficits du traitement des émotions évoquées par les expressions faciales à la suite d’un TCC, lesquels semblent secondaires à des altérations attentionnelles précoces. Cette thèse pourrait contribuer au développement éventuel d’interventions axées sur les émotions à la suite d’un TCC., Emotional processing plays a crucial role in social interactions. Deficits in recognizing emotions from facial and vocal expressions have been established following a traumatic brain injury (TBI). However, most studies did not look at the effect of TBI severity and did not evaluate essential prerequisites to efficiently recognize emotions, such as the ability to perceive facial and vocal features, and thereby, the ability to pay attention to them. No study has looked at emotional recognition from musical expressions following TBI, whereas musical intervention can be used to address behavioral, cognitive and affective issues in neurological populations. Thus, it is unknown whether therapeutic effects could be based on the preservation of emotional recognition from musical expressions following TBI. The first study assessed recognition of basic emotions (happiness, sadness, fear) from dynamic facial, vocal and musical expressions in forty-one adults (10 moderate-severe TBI 9 complicated mild TBI, 11 uncomplicated mild TBI and 11 healthy controls), who were administered experimental and perceptual control tasks. Findings indicate impairment in fearful facial expressions recognition following moderate-severe TBI and complicated mild TBI, as compared to adults having sustained an uncomplicated mild TBI and healthy controls. Impairment is not explained by a perceptual disorder. Results also show that emotional recognition from vocal and musical expressions is preserved following TBI, irrespective of severity. Despite a dissociation observed between performance of emotional recognition tasks from visual and auditory modalities, no relationship was found between vocal and musical expressions. The second study measured early (N1, N170) and later (N2) neural information processing underlying emotional recognition from facial expressions in twenty-five adults (10 uncomplicated mild TBI, 1 complicated mild TBI, 3 moderate-severe TBI and 11 healthy controls) during presentation of fearful, neutral and happy facial expressions. Findings indicate reduced early attentional processing following TBI, which impede higher-level cognitive stage enabling discrimination of fearful facial expressions. In sum, this thesis contributes to further improve our comprehension of emotional recognition from facial, vocal and musical expressions following TBI, according to injury severity. It also contributes to understand mechanisms underlying affected emotional recognition from facial expressions, which seem to arise as a consequence of reduced early attentional processing following TBI. This thesis could help to eventually refine interventions for emotional processing following a TBI.

Les potentiels reliés aux événements (PRÉ) sont très couramment utilisés comme méthode de mesure de l’attention visuelle. Certaines composantes PRÉ comme la N2pc et la P3 sont largement considérées comme marqueurs du déploiement de l’attention. Afin d’investiguer s’il est possible de déterminer la localisation sur laquelle l’attention est dirigée ou encore la présence ou non de l’attention à une localisation donnée, une tâche d’indiçage spatial a été utilisée. L’indice indiquait l’une de quatre localisations sur laquelle les participants devaient diriger leur attention. L’indice spatial utilisé était de nature exclusivement symbolique, impliquant que l’attention devait être déplacée de façon volontaire. L’analyse des signaux ÉEG captés alors que les participants réalisaient la tâche a été effectuée en faisant usage d’une technique d’apprentissage machine. Un classificateur de type SVM (Support Vector Machine) a ainsi été utilisé afin de prédire la présence ou l’absence d’attention à une localisation en utilisant le signal ÉEG associé aux cibles et aux distracteurs. Un taux de précision de 75% (p < 0,001) a été obtenu lors de cette classification, le niveau du hasard se trouvant à 50%. Un classificateur de type DSVM (SVM à dendrogramme) a été utilisé afin de prédire le locus précis de l’attention en utilisant le signal ÉEG relié aux cibles uniquement. Dans ce problème de classification, un taux de prédiction exacte de 51,7% (p < 0,001) a été obtenu, le niveau du hasard étant de 25%. Les résultats indiquent qu’il est possible de distinguer le locus attentionnel à partir des PRÉ dans un espace de +/- 0,4 degrés d’angle visuel et ce, avec des taux de précision dépassant largement le niveau du hasard., Event related potentials (ERP) are commonly used as a method of measuring visual attention. ERP components such as N2pc and P3 are largely considered as markers of attention deployment. In order to investigate the possibility of predicting the locus and the presence or absence of attention, a spatial cueing task was used. A cue indicated one of the four locations on which subjects had to direct their attention. The spatial cue was exclusively symbolic, implying that attention had to be oriented voluntarily. The analysis of the EEG signal which was measured as subjects carried out the task was performed using machine learning. An SVM (Support Vector Machine) classifier was used to predict the presence or absence of attention at one location, using the EEG signal associated with targets and distractors. A decoding accuracy of 75% (p < 0,001) was achieved for this classification, with a chance level of 50%. A DSVM (Dendrogram SVM) was used to predict the precise locus of attention using the EEG signal linked to targets only. In this classification problem, a decoding accuracy of 51,7% (p < 0,001) was achieved, with a chance level of 25%. These results suggest that it is possible to distinguish the locus of attention from ERPs in a +/- 0,4 degrees of visual angle space with decoding accuracies considerably above chance.

The study of several brains interacting (hyperscanning) with neuroimagery allows to extend our understanding of social neurosciences. We propose a framework for hyperscanning using multi-user Brain-Computer Interfaces (BCI) that includes several social paradigms such as cooperation or competition. This dissertation includes three interdependent contribution. The first contribution is the development of an experimental platform consisting of a multi-player video game, namely Brain Invaders 2, controlled by classification of visual event related potentials (ERP) recorded by electroencephalography (EEG). The plateform is validated through two experimental protocols including nineteen and twenty two pairs of subjects while using different adaptive classification approaches using Riemannian geometry. Those approaches are theoretically and experimentally compared during the second contribution ; we demonstrates the superiority in term of accuracy of merging independent classifications over the classification of the hyperbrain during the second contribution. Analysis of inter-brain synchronizations is a common approach for hyperscanning, however it is challenging for transient EEG waves with an great spatio-temporal variability (intra- and inter-subject) and with low signal-to-noise ratio such as ERP. Therefore, as third contribution, we propose a new blind source separation model, namely composite model, to extract simultaneously evoked EEG sources and ongoing EEG sources that allows to compensate this variability. A solution using approximate joint diagonalization is given and implemented with a fast Jacobi-like algorithm. We demonstrate on Brain Invaders 2 data that our solution extracts simultaneously evoked and ongoing EEG sources and performs better in term of accuracy and robustness compared to the existing models., L'étude par neuro-imagerie de l'activité de plusieurs cerveaux en interaction (hyperscanning) permet d'étendre notre compréhension des neurosciences sociales. Nous proposons un cadre pour l'hyperscanning utilisant les interfaces cerveau-ordinateur multi-utilisateur qui inclut différents paradigmes sociaux tels que la coopération ou la compétition. Les travaux de cette thèse comportent trois contributions interdépendantes. Notre première contribution est le développement d'une plateforme expérimentale sous la forme d'un jeu vidéo multijoueur, nommé Brain Invaders 2, contrôlé par la classification de potentiels évoqués visuels enregistrés par électroencéphalographie (EEG). Cette plateforme est validée par deux protocoles expérimentaux comprenant dix-neuf et vingt-deux paires de sujets et utilise différentes approches de classification adaptative par géométrie riemannienne. Ces approches sont théoriquement et expérimentalement comparées et nous montrons la supériorité de la fusion des classifieurs indépendants sur la classification d'un hypercerveau durant la seconde contribution. L'analyse de coïncidence des signaux entre les individus est une approche classique pour l'hyperscanning, elle est pourtant difficile quand les signaux EEG concernés sont transitoires avec une grande variabilité (intra- et inter-sujet) spatio-temporelle et avec un faible rapport signal-à-bruit. En troisième contribution, nous proposons un nouveau modèle composite de séparation aveugle de sources physiologiquement plausibles permettant de compenser cette variabilité. Une solution par diagonalisation conjointe approchée est proposée avec une implémentation d'un algorithme de type Jacobi. A partir des données de Brain Invaders 2, nous montrons que cette solution permet d'extraire simultanément des sources d'artéfacts, des sources d'EEG évoquées et des sources d'EEG continues avec plus de robustesse et de précision que les modèles existants.

Le décodage des expressions faciales émotionnelles (EFE) est une fonction clé du système visuel humain puisqu’il est à la base de la communication non-verbale sur laquelle reposent les interactions sociales. De nombreuses études suggèrent un traitement différentiel des attributs diagnostiques du visage au sein des basses et des hautes fréquences spatiales (FS), respectivement sous-tendu par les voies magno- et parvocellulaires. En outre, des conditions telles que l’anxiété sociale sont susceptibles d’affecter ce traitement et d’entrainer une modulation des potentiels reliés aux évènements (PRE). Cette étude explore la possibilité de prédire le niveau d’anxiété social des individus à partir des corrélats électrophysiologiques du décodage d’EFE dans différentes bandes de FS. À cette fin, les PRE de 26 participants (âge moyen = 23.7 ± 4.7) ont été enregistrés lors de la présentation visuelle d’expressions neutres, de joie ou de colère filtrées pour ne retenir que les basses, moyennes ou hautes FS. L’anxiété sociale a été évaluée par l’administration préalable du questionnaire LSAS. Les latences et pics d’amplitude de la P100, N170, du complexe N2b/P3a et de la P3b ont été analysés statistiquement et utilisés pour entrainer différents algorithmes de classification. L’amplitude de la P100 était reliée au contenu en FS. La N170 a montré un effet des EFE. Le complexe N2b/P3a était plus ample pour les EFE et plus précoce pour les hautes FS. La P3b était moins ample pour les visages neutres, qui étaient aussi plus souvent omis. L’analyse discriminante linéaire a montré une précision de décodage d’en moyenne 56.11% au sein des attributs significatifs. La nature de ces attributs et leur sensibilité à l’anxiété sociale sera discutée., The decoding of emotional facial expressions (EFE) is a key function of the human visual system since it lays at the basis of non-verbal communication that allows social interactions. Numerous studies suggests that the processing of faces diagnostic features may take place differently for low and high spatial frequencies (SF), respectively in the magno- and parvocellular pathways. Moreover, conditions such as social anxiety are supposed to influence this processing and the associated event-related potentials (ERP). This study explores the feasibility of predicting social anxiety levels using electrophysiological correlates of EFE processing across various SF bands. To this end, ERP from 26 participants (mean age = 23.7 ± 4.7) years old were recorded during visual presentation of neutral, angry and happy facial expressions, filtered to retain only low, medium or high SF. Social anxiety was previously assessed using the LSAS questionnary. Peak latencies and amplitudes of the P100, N170, N2b/P3a complex and P3b components were statistically analyzed and used to feed supervised machine learning algorithms. P100 amplitude was linked to SF content. N170 was effected by EFE. N2b/P3a complex was larger for EFE and earlier for high SF. P3b was lower for neutral faces, which were also more often omitted. The linear discriminant analysis showed a decoding accuracy across significant features with a mean of 56.11%. The nature of these features and their sensitivity to social anxiety will be discussed.

Symptomatic pharmacological treatments currently marketed for Alzheimer’s disease (AD) have a modest effect on cognitive functioning. In addition, the clinical development of new and more effective compounds is hampered by the lack of predictive criteria to judge their early clinical efficacy.In this context, electroencephalography (EEG) could be a sufficiently sensitive biomarker to identify in an early stage (i.e. Phase I) the therapeutic potential of a new molecule on cognitive functioning. In addition, the difficulty to detect subtle improvements in cognitive performance in Phase I (i.e. in healthy subjects) could be overcome by the development of experimental paradigms such as sleep deprivation (SD), to induce cognitive deficits, still reversible in healthy subjects.EEG and EEG coupled with sleep deprivation (SD) would be innovative and relevant strategies to determine and predict the clinical effectiveness of a molecule in Phase I.In this work, we try to determine the relevance of such strategies by identifying, in healthy subjects, EEG markers of cognitive functioning related to (1) either the taking of a cognitive drug, (2) or the induction of a reversible cognitive decline, (3) or concomitant effects of the two parameters. In order to do that, two studies were performed.In a first study, the effect of donepezil on cortical electrical activity was studied in 30 young, healthy adult volunteers. These volunteers were treated with donepezil (5 mg/day orally) (vs. placebo) for 15 days following a double-blind, randomized, cross-over trial.At the end of the treatment period, an EEG (58 electrodes) was performed during two attentional tasks (auditory and visual). Event-related potentials (ERP), the inter-trial coherence (ITC) and the event-related spectral perturbation (ERSP) were then calculated.In a second study, the effect of SD was studied in 36 young, healthy adult volunteers. In addition, the effect of a cognitive drug (involving high alertness), the modafinil was also studied on this SD._x000D_Following a SD of 24 h, the participants were administered a dose of modafinil (200 mg in a single dose) (vs. placebo) in a double-blind, randomized, cross-over trial. An EEG (25 electrodes) was performed in a hearing attentional task (identical to that of Study 1) before and after the PS. The ERP, ITC and ERSP were then calculated.Through these two studies, we have found, at the group level, cognitive EEG markers related either to the induction of cognitive decline (SD) or pharmacological intervention targeting cholinergic system (donepezil) or several neurotransmitters (modafinil). All these markers would concern the modulation of cortical activity in the ventral frontoparietal network, known to regulate attentional and executive processes. We also confirmed that the network is underlying by δ/θ and α oscillatory activities. The cognitive efficiency would reflect the integrity of the network.We conclude that EEG is a sufficiently sensitive tool to detect subtle changes in neurocognitive processes of young, healthy adult volunteers, following the administration of a treatment of AD and more generally following the administration of a drug having an effect on cognition when cognitive decline is caused (SD).EEG and EEG coupled with SD could constitute additional tools to the current cognitive assessment for predicting the efficacy of new drug candidates for AD before initiation Phases II/III clinical trials. However, the present works needs to be replicated so that the EEG markers described here can be validated so as to be used in drug trials., Les traitements pharmacologiques symptomatiques de la maladie d’Alzheimer (MA) actuellement commercialisés ont un effet modeste sur le fonctionnement cognitif. De plus, le développement clinique de nouveaux composés plus efficaces est freiné par l’absence de critères prédictifs pour juger précocement de leur efficacité clinique.Dans ce contexte, l’électroencéphalographie (EEG) pourrait constituer un bio-marqueur suffisamment sensible pour identifier précocement (Phase I) le potentiel thérapeutique d’une nouvelle molécule sur le fonctionnement cognitif. De plus, la difficulté pour détecter des améliorations subtiles dans les performances cognitives en Phase I (i.e. chez des sujets sains) pourrait être palliée par le développement de paradigmes expérimentaux, tels que la privation de sommeil (PS), visant à induire des déficits cognitifs réversibles chez le sujet sain.Ainsi, l’EEG et l’EEG couplée à la privation de sommeil (PS) seraient des stratégies innovantes et pertinentes pour juger et prédire l’efficacité clinique d’une molécule en Phase I.Dans ce travail, nous tentons de juger de la pertinence de telles stratégies en identifiant, chez des sujets sains, des marqueurs EEG du fonctionnement cognitif liés soit (1) à la prise d’un médicament ayant un effet sur la cognition, (2) soit à l’induction d’un déclin cognitif réversible, (3) soit à l’effet concomitant des deux paramètres. Pour y parvenir, deux études ont été réalisées.Dans une première étude, l’effet du donepezil sur l’activité électrique corticale a été étudié chez 30 volontaires adultes, jeunes et sains. Ces volontaires ont été traités par donepezil (5 mg/jour per os) (vs. placebo) pendant 15 jours suivant une procédure en double aveugle, randomisée et en cross-over. _x000D_A la fin de la période de traitement, un EEG (58 voies) a été réalisé au cours de deux tâches attentionnelles (auditive et visuelle). Les potentiels évoqués cognitifs (PEC), la cohérence de phase inter-essais (ITC) et la perturbation spectrale liée à l’événement (ERSP) ont ensuite été calculés.Dans une deuxième étude, l’effet d’une PS a été étudié chez 36 volontaires adultes, jeunes et sains. De plus, l’effet d’un médicament ayant un effet bien connu sur la cognition (en particulier sur la vigilance), le modafinil, a également été étudié sur cette PS.Suite à une PS de 24 h, les participants se sont vus administrés une dose de modafinil (200 mg en prise unique) (vs. placebo) suivant une procédure en double aveugle, randomisée et en cross-over. Un EEG (25 voies) a été réalisé au cours d’une tâche attentionnelle auditive (identique à celle de l’étude I) avant et après la PS. Les PEC, l’ITC et l’ERSP ont ensuite été calculés.Grâce à ces deux études, nous avons identifié, à l’échelle de groupe, des marqueurs EEG de la cognition liés soit à l’induction d’un déclin cognitif (induit par une PS), soit à l’intervention pharmacologique ciblant le système cholinergique (donepezil) ou différents neurotransmetteurs (modafinil). L’ensemble de ces marqueurs porterait sur la modulation de l’activité corticale au sein du réseau fronto-pariétal ventral, connu pour régir les processus attentionnels et exécutifs. Nous avons également confirmé que ce réseau serait sous-tendu par des activités oscillatoires δ/θ et α. L’efficience cognitive serait le reflet de l’intégrité de ce réseau.Nous avons conclu que l’EEG est un outil suffisamment sensible pour détecter des changements subtils dans les processus neurocognitifs de participants adultes, jeunes et sains suivant l’administration d’un traitement de la MA et de manière plus générale suivant l’administration d’un médicament ayant un effet sur la cognition lorsqu’un déclin cognitif est provoqué (PS).Sous réserve de réplication des résultats et d’analyses complémentaires, l’EEG ainsi que l’EEG couplée à la PS pourraient constituer des outils additionnels à l’évaluation cognitive pour prédire l’efficacité de nouveaux candidat médicaments de la MA.

Symptomatic pharmacological treatments currently marketed for Alzheimer’s disease (AD) have a modest effect on cognitive functioning. In addition, the clinical development of new and more effective compounds is hampered by the lack of predictive criteria to judge their early clinical efficacy.In this context, electroencephalography (EEG) could be a sufficiently sensitive biomarker to identify in an early stage (i.e. Phase I) the therapeutic potential of a new molecule on cognitive functioning. In addition, the difficulty to detect subtle improvements in cognitive performance in Phase I (i.e. in healthy subjects) could be overcome by the development of experimental paradigms such as sleep deprivation (SD), to induce cognitive deficits, still reversible in healthy subjects.EEG and EEG coupled with sleep deprivation (SD) would be innovative and relevant strategies to determine and predict the clinical effectiveness of a molecule in Phase I.In this work, we try to determine the relevance of such strategies by identifying, in healthy subjects, EEG markers of cognitive functioning related to (1) either the taking of a cognitive drug, (2) or the induction of a reversible cognitive decline, (3) or concomitant effects of the two parameters. In order to do that, two studies were performed.In a first study, the effect of donepezil on cortical electrical activity was studied in 30 young, healthy adult volunteers. These volunteers were treated with donepezil (5 mg/day orally) (vs. placebo) for 15 days following a double-blind, randomized, cross-over trial.At the end of the treatment period, an EEG (58 electrodes) was performed during two attentional tasks (auditory and visual). Event-related potentials (ERP), the inter-trial coherence (ITC) and the event-related spectral perturbation (ERSP) were then calculated.In a second study, the effect of SD was studied in 36 young, healthy adult volunteers. In addition, the effect of a cognitive drug (involving high alertness), the modafinil was also studied on this SD._x000D_Following a SD of 24 h, the participants were administered a dose of modafinil (200 mg in a single dose) (vs. placebo) in a double-blind, randomized, cross-over trial. An EEG (25 electrodes) was performed in a hearing attentional task (identical to that of Study 1) before and after the PS. The ERP, ITC and ERSP were then calculated.Through these two studies, we have found, at the group level, cognitive EEG markers related either to the induction of cognitive decline (SD) or pharmacological intervention targeting cholinergic system (donepezil) or several neurotransmitters (modafinil). All these markers would concern the modulation of cortical activity in the ventral frontoparietal network, known to regulate attentional and executive processes. We also confirmed that the network is underlying by δ/θ and α oscillatory activities. The cognitive efficiency would reflect the integrity of the network.We conclude that EEG is a sufficiently sensitive tool to detect subtle changes in neurocognitive processes of young, healthy adult volunteers, following the administration of a treatment of AD and more generally following the administration of a drug having an effect on cognition when cognitive decline is caused (SD).EEG and EEG coupled with SD could constitute additional tools to the current cognitive assessment for predicting the efficacy of new drug candidates for AD before initiation Phases II/III clinical trials. However, the present works needs to be replicated so that the EEG markers described here can be validated so as to be used in drug trials., Les traitements pharmacologiques symptomatiques de la maladie d’Alzheimer (MA) actuellement commercialisés ont un effet modeste sur le fonctionnement cognitif. De plus, le développement clinique de nouveaux composés plus efficaces est freiné par l’absence de critères prédictifs pour juger précocement de leur efficacité clinique.Dans ce contexte, l’électroencéphalographie (EEG) pourrait constituer un bio-marqueur suffisamment sensible pour identifier précocement (Phase I) le potentiel thérapeutique d’une nouvelle molécule sur le fonctionnement cognitif. De plus, la difficulté pour détecter des améliorations subtiles dans les performances cognitives en Phase I (i.e. chez des sujets sains) pourrait être palliée par le développement de paradigmes expérimentaux, tels que la privation de sommeil (PS), visant à induire des déficits cognitifs réversibles chez le sujet sain.Ainsi, l’EEG et l’EEG couplée à la privation de sommeil (PS) seraient des stratégies innovantes et pertinentes pour juger et prédire l’efficacité clinique d’une molécule en Phase I.Dans ce travail, nous tentons de juger de la pertinence de telles stratégies en identifiant, chez des sujets sains, des marqueurs EEG du fonctionnement cognitif liés soit (1) à la prise d’un médicament ayant un effet sur la cognition, (2) soit à l’induction d’un déclin cognitif réversible, (3) soit à l’effet concomitant des deux paramètres. Pour y parvenir, deux études ont été réalisées.Dans une première étude, l’effet du donepezil sur l’activité électrique corticale a été étudié chez 30 volontaires adultes, jeunes et sains. Ces volontaires ont été traités par donepezil (5 mg/jour per os) (vs. placebo) pendant 15 jours suivant une procédure en double aveugle, randomisée et en cross-over. _x000D_A la fin de la période de traitement, un EEG (58 voies) a été réalisé au cours de deux tâches attentionnelles (auditive et visuelle). Les potentiels évoqués cognitifs (PEC), la cohérence de phase inter-essais (ITC) et la perturbation spectrale liée à l’événement (ERSP) ont ensuite été calculés.Dans une deuxième étude, l’effet d’une PS a été étudié chez 36 volontaires adultes, jeunes et sains. De plus, l’effet d’un médicament ayant un effet bien connu sur la cognition (en particulier sur la vigilance), le modafinil, a également été étudié sur cette PS.Suite à une PS de 24 h, les participants se sont vus administrés une dose de modafinil (200 mg en prise unique) (vs. placebo) suivant une procédure en double aveugle, randomisée et en cross-over. Un EEG (25 voies) a été réalisé au cours d’une tâche attentionnelle auditive (identique à celle de l’étude I) avant et après la PS. Les PEC, l’ITC et l’ERSP ont ensuite été calculés.Grâce à ces deux études, nous avons identifié, à l’échelle de groupe, des marqueurs EEG de la cognition liés soit à l’induction d’un déclin cognitif (induit par une PS), soit à l’intervention pharmacologique ciblant le système cholinergique (donepezil) ou différents neurotransmetteurs (modafinil). L’ensemble de ces marqueurs porterait sur la modulation de l’activité corticale au sein du réseau fronto-pariétal ventral, connu pour régir les processus attentionnels et exécutifs. Nous avons également confirmé que ce réseau serait sous-tendu par des activités oscillatoires δ/θ et α. L’efficience cognitive serait le reflet de l’intégrité de ce réseau.Nous avons conclu que l’EEG est un outil suffisamment sensible pour détecter des changements subtils dans les processus neurocognitifs de participants adultes, jeunes et sains suivant l’administration d’un traitement de la MA et de manière plus générale suivant l’administration d’un médicament ayant un effet sur la cognition lorsqu’un déclin cognitif est provoqué (PS).Sous réserve de réplication des résultats et d’analyses complémentaires, l’EEG ainsi que l’EEG couplée à la PS pourraient constituer des outils additionnels à l’évaluation cognitive pour prédire l’efficacité de nouveaux candidat médicaments de la MA.

Spatial navigation refers to the ability to find one's way in complex environments, and is particularly affected in elderly individuals. We aimed to better understand the mechanisms underlying age-related deficits in spatial navigation, focusing on early cognitive processes. For this purpose, we compared performances obtained by elderly individuals above 60 years and by younger adults during spatial tasks, and used the event-related potentials (ERP) technique to investigate underlying neural processes. First, we found that allocentric localization is impaired in aging, whereas egocentric localization seems to be preserved. Then, we investigated the role of visuo-perceptive or attentional processes in spatial cognition, and their preservation in aging. ERP showed that perceptive processes seem to be preserved in elderly individuals, whereas spatial attention processes were impaired in these subjects. Finally, we showed that encoding processes are also particularly affected by aging., La navigation spatiale désigne la capacité de s'orienter et se repérer dans un environnement, et est particulièrement altérée chez les personnes âgées. Dans ce travail de thèse, nous proposons d'identifier les mécanismes sous-tendant le déclin de cette fonction chez les seniors. Nous avons comparé les performances de participants âgés à celles de sujets jeunes lors de tâches spatiales, et employé la technique des potentiels évoqués (PE) afin d’analyser les mécanismes neuronaux sous-jacents. Nous avons montré une atteinte de la localisation allocentrique chez les seniors, tandis que la localisation égocentrique semble préservée. Nous avons étudié l'efficience de processus visuo-perceptifs et attentionnels chez les sujets âgés. L'analyse des PE montre une préservation des processus perceptifs avec l'âge, tandis que les processus d'attention spatiale semblent particulièrement décliner. Enfin, les processus d'encodage spatial semblent également affectés chez les sujets âgés.

La présente étude s’intéresse aux mécanismes neuronaux qui sous-tendent la rétention en mémoire à court terme auditive (MCTA) en utilisant la technique des potentiels reliés aux événements (PRE). Dans l’Expérience 1, nous avons isolé une composante de PRE, nommée SAN pour « sustained anterior negativity ». La SAN augmentait en amplitude négative plus le nombre de sons à maintenir en MCTA augmentait. Cet effet de charge était présent, bien que la durée totale des stimuli restait la même entre les conditions. L’effet de charge observé par la SAN dans l’Expérience 1 disparaissait dans l’Expérience 2, où les mêmes sons étaient utilisés, mais où la mémorisation de ceux-ci n’était plus requise. Finalement, dans l’Expérience 3, la tâche de MCTA a été effectuée avec et sans suppression articulatoire durant l'intervalle de rétention. L’effet de charge trouvé dans l’Expérience 1 était de nouveau observé, lorsque les participants faisaient la tâche de suppression articulatoire ou non. Ces résultats suggèrent que la SAN reflète l'activité nécessaire pour le maintien des objets acoustiques dans un système de MCTA qui serait distinct de la répétition phonologique., We studied the neuronal mechanisms that implement acoustic short-term memory (ASTM) for pitch using event-related potentials (ERP). Experiment 1 isolated an ERP component, the sustained anterior negativity (SAN), that increased in amplitude with increasing memory load in ASTM using stimuli with equal duration at all memory loads. The SAN load effect found in Experment 1, when pitch had to be remembered to perform the task, was absent in Experiment 2 using the same sounds when memory was not required. In Experiment 3 the memory task was performed without or with concurrent articulatory suppression during the retention interval, to suppress rehearsal via an articulatory loop. Load-related effects found in Experiment 1 were found again, whether participants engaged in concurrent suppression or not. The results suggest that the SAN reflects activity required to maintain pitch objects in an ASTM system that is distinct from articulatory rehearsal.

Le vieillissement normal est souvent associé à des changements cognitifs négatifs, notamment sur les performances cognitives. Cependant, des changements comportementaux et cérébraux positifs ont aussi été observés. Ces modifications indiquent l’existence d’une plasticité cérébrale dans le vieillissement normal. Ainsi, plusieurs facteurs ont été étudiés afin de mieux connaitre les modulateurs de cette plasticité dite positive. La plupart des études évaluant ce phénomène ont utilisé la technique d’imagerie par résonance magnétique alors que la technique des potentiels évoqués a été beaucoup moins utilisée. Cette technique est basée sur les enregistrements de l’activité électrique cérébrale très sensible aux changements anatomiques associés au vieillissement et permet donc d’observer de manière précise les variations du décours temporel des ondes éléctrophysiologiques lors du traitement des informations. Les travaux de cette thèse visent à étudier les modifications de plasticité cérébrale induites par des facteurs protecteurs/préventifs du vieillissement normal et notamment lors de la réalisation de tâches impliquant le contrôle attentionnel, grâce à l’analyse de signaux électroencéphalographiques en potentiels évoqués. Dans un premier temps, une description de l’analyse des données EEG en potentiels évoqués sera fournie, suivie d’une revue de littérature sur le contrôle attentionnel et les facteurs de plasticité dans le vieillissement normal (Chapitre 1). Cette revue de littérature mettra en avant, d’une part la diminution des capacités de contrôle de l’attention dans le vieillissement et d’autre part, les facteurs protecteurs du vieillissement ainsi que la plasticité cérébrale qui leur est associée. Ces facteurs sont connus pour avoir un effet positif sur le déficit lié à l’âge. La première étude de ce projet (Chapitre 2) vise à définir l’effet d’un facteur de réserve cognitive, le niveau d’éducation, sur les composantes des potentiels évoqués chez les personnes âgées. Cette étude mettra en avant une composante des potentiels évoqués, la P200, comme indice de plasticité lorsqu’elle est liée au niveau d’éducation. Cet effet sera observé sur deux tâches expérimentales faisant intervenir des processus de contrôle attentionnel. De plus, une différence d’épaisseur corticale sera observée : les personnes âgées ayant un plus haut niveau d’éducation ont un cortex cingulaire antérieur plus épais. La deuxième étude (Chapitre 3) cherche à déterminer, chez les personnes âgées, les modifications comportementales et en potentiels évoqués induites par trois entraînements cognitifs, entrainements visant l’amélioration de processus attentionnels différents : l’attention focalisée, l’attention divisée, ainsi que la modulation de l’attention. Au niveau comportemental, les entraînements induisent tous une amélioration des performances. Cependant, l’entraînement en modulation de l’attention est le seul à induire une amélioration du contrôle attentionnel. Les résultats éléctrophysiologiques indiquent la N200 comme composante sensible à la plasticité cérébrale à la suite d’entraînements cognitifs. L’entraînement en modulation de l’attention est le seul à induire une modification de cette composante dans toutes les conditions des tests. Les résultats de ces études suggèrent que les facteurs protecteurs du vieillissement permettent des changements positifs observés en potentiels évoqués. En effet, nous mettons en évidence des phénomènes de plasticité cérébrale des personnes âgées qui diffèrent selon leurs origines. L’impact de ces résultats ainsi que les limites et perspectives futures seront présentés en fin de thèse (Chapitre 4)., Normal aging usually has a negative connotation for cognitive functioning. However, positive changes have been reported in the literature concerning the elderly. Indeed positive plasticity associated with protective factors has been found to have an impact on cognition. This plasticity was observed using magnetic resonance imaging which gives precise information concerning the localization of cerebral activations, but event-related potentials have not been used to evaluate this plasticity. Certain factors have been found to induce positive changes in the elderly; cognitive reserve factors, such as education, have been found to protect against deleterious effects of aging. Additionally, training programs aiming to improve various cognitive processes, such as attentional control, have been described to increase performance in the elderly and to induce changes in cerebral activity. The following thesis describes two studies that use event-related potentials (ERP) in which we evaluate the impact of education and attentional control training on cerebral plasticity in normal aging. Based on a literature review, Chapter 1 will describe ERP techniques, attentional control in aging as well as the different protective factors in aging and their impact on plasticity. This literature review will also highlight the lack of studies using the ERP technique. To address this dearth, chapter 2 will present a study that uses ERP to evaluate the effect of educational level on cerebral plasticity in aging populations. This reserve factor was studied using two tasks involving attentional control while recording ERPs to define the plasticity associated with it. Results indicate that the P200 component of event-related potentials serves as an index of plasticity, when this plasticity is related to the level of education. Additionally, cortical thickness analyses show a thicker anterior cingulate cortex with higher education. Chapter 3 examines the impact of three attentional training formats: focused attention, divided attention and attentional modulation formats. These formats have been reported to improve performance in the elderly in different attentional processes. Before and after being assigned to one of the training formats, participants underwent an EEG recording while performing an attentional control task. Behaviorally, all groups improved, but only attentional modulation training induces changes in attentional control. Event-related potentials reveal the N200, as an index of plasticity associated with cognitive training. Changes in the N200 component after training were shown in all testing conditions only for the group having received attentional modulation training. Results confirm that positive plasticity exists in aging and that some ERP components can serve as indexes of plasticity. However, this index differs depending upon factors responsible for the plasticity. Chapter 4 discusses the impact and limitations of the findings, as well as future areas of research.

L’objectif de la présente étude visait à évaluer les effets différentiels de la privation de sommeil (PS) sur le fonctionnement cognitif sous-tendu par les substrats cérébraux distincts, impliqués dans le réseau fronto-pariétal attentionnel, lors de l’administration d’une tâche simple et de courte durée. Les potentiels évoqués cognitifs, avec sites d’enregistrement multiples, ont été prévilégiés afin d’apprécier les effets de la PS sur l’activité cognitive rapide et ses corrélats topographiques. Le matin suivant une PS totale d’une durée de 24 heures et suivant une nuit de sommeil normale, vingt participants ont exécuté une tâche oddball visuelle à 3 stimuli. L’amplitude et la latence ont été analysées pour la P200 et la N200 à titre d’indices frontaux, tandis que la P300 a été analysée, à titre de composante à contribution à la fois frontale et pariétale. Suite à la PS, une augmentation non spécifique de l’amplitude de la P200 frontale à l’hémisphère gauche, ainsi qu’une perte de latéralisation spécifique à la présentation des stimuli cibles, ont été observées. À l’opposé, l’amplitude de la P300 était réduite de façon prédominante dans la région pariétale pour les stimuli cibles. Enfin, un délai de latence non spécifique pour la N200 et la P300, ainsi qu’une atteinte de la performance (temps de réaction ralentis et nombre d’erreurs plus élevé) ont également été objectivées. Les résultats confirment qu’une PS de durée modérée entraîne une altération des processus attentionnels pouvant être objectivée à la fois par les mesures comportementales et électrophysiologiques. Ces modifications sont présentes à toutes les étapes de traitement, tel que démontré par les effets touchant la P200, la N200 et la P300. Qui plus est, la PS affecte différemment les composantes à prédominance frontale et pariétale., The objective of the present study was to assess the differential effects of sleep deprivation (SD) on cognitive functions relying on distinct cerebral networks, involved in the fronto-parietal attentional network, during a relatively simple and short cognitive task. Multi-sites recording event-related-potentials (ERP) were used in order to evaluate the effect of SD on rapid cognitive activity and its topographical correlates. The morning following a night of total SD and a night of sleep, 20 participants were administered a 3-stimuli visual oddball paradigm. Amplitudes and latencies of the P200 and N200 ERP components were analyzed as frontal indexes, whereas P300 was analyzed as a mixed frontal and parietal component. Following TSD, a non specific increase in P200 amplitude for the left hemisphere, as well as a loss of lateralisation in response to target stimuli, were observed. Contrarily, P300 amplitude was predominantly reduced in the parietal region in response to target stimuli. Moreover, N200 and P300 latencies were delayed non specific to the type of stimuli and performance (reaction time and accuracy) was altered. These results confirm the deleterious effect of a moderate duration SD on attention processes that can be objectified by means of behavioural and electrophysiological measures. Each stages of information processing was altered by SD, as shown by its effect on P2, N2 and P3 components. Moreover, SD affected differently components caracterized by a predominant frontal or parietal distribution.

In Multiple Sclerosis (MS), one of the most frequent neurological diseases in young adults, cognitive dysfunctions have been under considered whereas their evolution may produce a fronto-sous-cortical deterioration and more than half of the MS patients present such dysfunctions. Nevertheless sensory evoked-potentials are classically used in this disease, event-related potentials (ERP) are not included in the clinical exploration of MS. Two studies are presented aimed at further tracking the usefulness of ERP for detecting early cognitive dysfunctions in MS. All of the patients presented a relapsing remitting MS for less than 5 years with a moderate physical handicap and complained from their memory. They performed a neuropsychological set and ERP were elicited using the oddball paradigm in both modalities, visual and auditory. In the first study, 10 patients without cognitive dysfunction at the neuropsychological evaluation and 10 patients with an attention deficit participated with 10 age-matched controls. In the second study, 10 patients with memory impairment at the neuropsychological evaluation and 10 age-matched controls were included. Our data argue for an earlier modification of ERP parameters in the visual modality than in the auditory one, even before the modification of cognitive scores. In both studies, P300 parameters were correlated to neuropsychological performances (and especially to the attention examination in the first study and to memory tests in the second study) in both modalities. Taking into account the clinical usefulness of ERPs, it is nowadays important to include this electrophysiological method in evaluation and follow-up of MS, and not only using the auditory modality but also the visual presentation in order to detect earlier cognitive dysfunctions even before modification of neuropsychological performances.

ISBN : 2-9518233-3-9.Titre(s) de dos : JEP 2004, Fès-Maroc, 19-22 avril 2004.Autre(s) titre(s) : Journées d'études sur la parole 2004 - JEP 2004 - 25èmes Journées d'études sur la parole - 25èmes JEP.Édités par Bernard Bel & Isabelle Marlien ; conférence organisée par Laboratoire Parole et Langage (CNRS - Université de Provence), Université Sidi Mohamed Ben Abdellah (Fès), École Normale Supérieure (Fès).; The present work is dedicated to contrastive focus in French. It is part of a collaboration between the INCM in Marseille, the CRISCO laboratory in Caen and the LPL in Aix. The present paper proposes an analysis of the acoustic realisation of contrastive focus in French, where both syllabic- and word-level features are investigated with regards to focus position (middle or end) in the sentence. This phonetic work is aimed at providing a linguistic interpretation for the results of a perceptual experiment on the same material, which tackles the issue of on-line processing of pragmatic focus, using the Event Related Potentials (ERP) method (Magne et al, these proceedings).; On présente une analyse de la réalisation acoustique du focus contrastif en français. Les réalisations sont étudiées au niveau de la syllabe et au niveau du mot, le focus étant en position médiane ou finale dans la phrase. Cette étude phonétique a pour but de fournir une interprétation linguistique des résultats d'une expérience de perception menée sur le même materiel, et qui aborde la question du traitement en ligne du focus pragmatique à l'aide des potentiels évoqués (ERP).

The effects of a pure benzodiazepine antagonist (Flumazenil) on the responses R1 and R2 of the blink reflex, psychomotor tests, and Event Related Potentials (ERP), in six healthy volunteers sedated with Midazolam have been compared. Measurements were made during each of four successive phases. Phase 0 corresponded to control recordings. Midazolam was administered rapidly during phase 1 and slowly during phase 2. Phase 3 corresponded to spontaneous waking once the administration of Midazolam had been stopped. Flumazenil was administered during phase 2. As the subjects fell asleep, R1 and R2 were the last parameters to disappear. Under the influence of Flumazenil, R1 was the first to reappear, while R2 did not recur until complete waking, and the other tests were unpracticable. During phase 3, R1 reappeared before R2 once more, the psychomotor test responses and ERP returning only later. The modifications of both R1 and R2 of the blink reflex are a good criterion of the presence of BZD in a toxic coma and a good test to indicate the depth of a coma or a sedation with BZD, whilst ERP, since they require the cooperation of the patient, are a test of vigilance and not of awakening.

In order to evaluate the clinical utility of neuro-physiological tests in distinguishing between depression and dementia, we compared quantified EEG and event-related potentials (ERP) in 13 depressed and 12 demented patients. Their cognitive functions were clinically assessed by the ERFC test. When scored with a discriminant function, EEG misclassified one patient and all were well classified with ERP. Nevertheless this exam could be clearly obtained in only 7 demented and 5 depressed patients. Although a therapeutic effect could not be absolutely discarded, these results show that these tests, when practicable, can be helpful when clinical diagnosis is uncertain.

The aim of this paper was to briefly review the use of normal human Event Related Potentials (ERP) in the evaluation of processes of diffuse and selective attention. The reviewed results from recent experiments concern the exogeneous components of the evoked potential (in particular N120-P200), the endogeneous components N200-P300, P600 (or the so called "Emitted Potentials"), the motor related potentials and the CNV. The behavioural correlates of each of these components, as well as their relationships with the various stages of information processing during perceptivo-motor tasks implying decision making, were emphasized. As a conclusion, the psychiatric applications of this type of electrophysiological research was discussed; moreover the need of its development in the field of neuro-psychology was underlined.

Twelve normal subjects and a prosopagnosic patient were tested in a classification task of a random display of well-known among unknown faces. Each face was presented several times. Event-related potentials (ERP) and reaction time (RT) were studied as a function of face repetition and familiarity. For normal subjects, the greater the repetition level, the more positive ERPs were on both hemispheres: between 250 and 600 msec. Moreover, the familiarity of faces modified ERPs between 350 and 600 msec. In contrast for the patient, the greater the repetition, the more negative the ERPs were. This "negative effect" was maximum on right parieto-temporal leads and was longer for unrecognized well-known than for unknown faces. These results support a differential processing of faces as a function of their memory representations for both normal subjects and patients. They further demonstrate the existence of covert face recognition processes in prosopagnosia.