Investigative links between cognitive function and moderate-to-vigorous physical activity in elementary physical education

Research has noted both physical and psychosocial benefits when children participate in regular physical activity. Recent studies are indicating that there may also be academic benefits and that students may be more efficient learners with participation in physical activity. This study investigated the influence of acute moderate-to-vigorous physical activity on four cognitive functions: planning, attention, simultaneous processing, and successive processing. Three classes (59 students) were each tested twice using a balanced design (intervention, balance, and control groups). It was found that the intervention group had a large increase in planning abiHty (ES = 1.67) when compared to the balance (ES = .80) and control (ES = -.89) groups. On the three remaining cognitive functions, the intervention group showed effect sizes similar to that of the balance and control groups. These results indicate that improved planning after physical activity may playa role in improving student performance.

A social-cognitive model of monitoring and its relationship to behaviour in a naturalistic observation : development and individual differences

years 8 months) and 24 older (M == 7 years 4 months) children. A Monitoring Process Model (MPM) was developed and tested in order to ascertain at which component process ofthe MPM age differences would emerge. The MPM had four components: (1) assessment; (2) evaluation; (3) planning; and (4) behavioural control. The MPM was assessed directly using a referential communication task in which the children were asked to make a series of five Lego buildings (a baseline condition and one building for each MPM component). Children listened to instructions from one experimenter while a second experimenter in the room (a confederate) intetjected varying levels ofverbal feedback in order to assist the children and control the component ofthe MPM. This design allowed us to determine at which "stage" ofprocessing children would most likely have difficulty monitoring themselves in this social-cognitive task. Developmental differences were obselVed for the evaluation, planning and behavioural control components suggesting that older children were able to be more successful with the more explicit metacomponents. Interestingly, however, there was no age difference in terms ofLego task success in the baseline condition suggesting that without the intelVention ofthe confederate younger children monitored the task about as well as older children. This pattern ofresults indicates that the younger children were disrupted by the feedback rather than helped. On the other hand, the older children were able to incorporate the feedback offered by the confederate into a plan ofaction. Another aim ofthis study was to assess similar processing components to those investigated by the MPM Lego task in a more naturalistic observation. Together the use ofthe Lego Task ( a social cognitive task) and the naturalistic social interaction allowed for the appraisal of cross-domain continuities and discontinuities in monitoring behaviours. In this vein, analyses were undertaken in order to ascertain whether or not successful performance in the MPM Lego Task would predict cross-domain competence in the more naturalistic social interchange. Indeed, success in the two latter components ofthe MPM (planning and behavioural control) was related to overall competence in the naturalistic task. However, this cross-domain prediction was not evident for all levels ofthe naturalistic interchange suggesting that the nature ofthe feedback a child receives is an important determinant ofresponse competency. Individual difference measures reflecting the children's general cognitive capacity (Working Memory and Digit Span) and verbal ability (vocabulary) were also taken in an effort to account for more variance in the prediction oftask success. However, these individual difference measures did not serve to enhance the prediction oftask performance in either the Lego Task or the naturalistic task. Similarly, parental responses to questionnaires pertaining to their child's temperament and social experience also failed to increase prediction oftask performance. On-line measures ofthe children's engagement, positive affect and anxiety also failed to predict competence ratings.

The efficacy of cognitive retraining of attentional deficits for a client who has schizophrenia

The purpose of this study was to assess the efficacy of the Process Specific Approach to cognitive rehabilitation for a client with schizophrenia who has attentional deficits. The study was a single case experimental design which followed a variation of the multiple baseline approach. Prior to training of the attentional deficit, multiple baseline assessments were completed. These included an ov:erview of the sUbject's information processing ability, random measures of attention and a genera.l level of functioning in living, learning and working environments. During the re-training, attention tests were administered at the completion of each attention component. A general functional evaluation through interviews and a measure of information processing ability were. completed after the re-training was concluded. The results of the study demonstrate a significant i'mprovement in attention and memory measures. Qualitative data indicate si·gni.ficant others observed improvements in performance in r livi'ng, learning and working environments. The results suggest this approach to cognitive rehabilitation was effective with this subject and further research to establish generalizability is recommended.

The role of daytime napping in sleepiness and cognitive function in 24-70 year olds /

Daytime napping improves well-being and performance for young adults. The benefits of napping in older adults should be investigated because they have fragmented nocturnal sleep, cognitive declines, and more opportunity to nap. In addition, experience with napping might influence the benefits of napping. Study 1 examined the role of experience with napping in young adults. Habitual (n = 23) and non-habitual nappers (n = 16) were randomly assigned to a 20-minute nap or a 20- minute reading condition. Both groups slept the same according to macro architecture. However, microarchitecture showed greater theta, alpha, and beta power during Stage 1, and greater delta, alpha, and sigma power during Stage 2 for habitual nappers, for the most part indicating better sleep. Both groups felt less sleepy after the nap. P2 latency, reflecting information processing, decreased after the nap for habitual nappers, and after the control condition for non-habitual nappers. In sum, both groups who slept felt better, but only the habitual nappers who napped gained a benefit in terms of information processing. Based on this outcome, experience with napping was investigated in Study 2. Study 2 examined the extent to which daytime napping enhanced cognition in older adults, especially frontal lobe function. Cognitive deficits in older adults may be due to sleep loss and age-related decline in brain functioning. Longer naps were expected to provide greater improvement, particularly for older adults, by reducing sleep pressure. Thirty-two adults, aged 24-70 years, participated in a repeated measures dose-response manipulation of sleep pressure. Twenty- and sixty-minute naps were compared to a no-nap condition in three age groups. Mood, subjective sleepiness, reaction time, working memory, 11 novelty detection, and waking electro physiological measures were taken before and after each condition. EEG was also recorded during each nap or rest condition. Napping reduced subjective sleepiness, improved working memory (serial addition / subtraction task), and improved attention (reduced P2 amplitude). Physiological sleepiness (i.e., waking theta power) increased following the control condition, and decreased after the longer nap. Increased beta power after the short nap, and seen with older adults overall, may have reflected increased mental effort. Older adults had longer latencies and smaller amplitudes for several event-related potential components, and higher beta and gamma power. Following the longer nap, gamma power decreased for older adults, but increased for young adults. Beta and gamma power may represent enhanced alertness or mental effort. In addition, Nl amplitude showed that benefits depend on the preceding nap length as well as age. Since the middle group had smaller Nl amplitudes following the short nap and rest condition, it is possible that they needed a longer nap to maintain alertness. Older adults did not show improvements to Nl amplitude following any condition; they may have needed a nap longer than 60 minutes to gain benefits to attention or early information processing. Sleep characteristics were not related to benefits of napping. Experience with napping was also investigated. Subjective data confirmed habitual nappers were happier to nap, while non-habitual nappers were happier to stay awake, reflecting self-identified napping habits. Non-habitual nappers were sleepier after a nap, and had faster brain activity (i.e., heightened vigilance) at sleep onset. These reasons may explain why non-habitual nappers choose not to nap.

The effects of postural threat on cognitive strategies used to maintain upright stance

It is well established that postural threat modifies postural control, although little is known regarding the underlying mechanism(s) responsible. It is possible that changes in postural control under conditions of elevated postural threat result from alterations in cognitive strategies. The purpose of this study was to determine the influence of elevated postural threat on cognitive strategies and to determine the relationship between postural control, psychological, and cognitive measures. It was hypothesized that elevated postural threat would cause a shift to more conscious control of posture. It was also expected that a relationship between fear of falling and postural control would exist that could be explained by changes in conscious control of posture. Forty-eight healthy young adults stood on a force plate at two different surface heights: ground level (LOW) and 3.2m above ground level (HIGH). Center of pressure (COP) summary measures calculated to quantify postural control were the mean position (AP-COP MP), root mean square (AP-COP RMS) and mean power frequency (AP-COP MPF) in the anteriorposterior direction. Trunk sway measures calculated in the pitch direction were trunk angle and trunk velocity. Psychological measures including perceived balance confidence, perceived fear of falling, perceived anxiety, and perceived stability were self reported. As a physiological indicator of anxiety, electrodermal activity was collected. The cognitive strategies assessed were movement reinvestment and attention focus. A modified state-sp-ecific version of the Movement Specific Reinvestment Scale was used to measure conscious motor processing (CMP) and movement self-consciousness (MSC). An attention focus questionnaire was developed to assess the amount of attention directed to internal and external sources. An effect of postural threat on cognitive strategies was observed as participants reported more conscious control and a greater concern or worry about their posture at the HIGH postural threat condition as well as an increased internal and external focus of attention. In addition changes in postural control, psychological, and physiological measures were found. The participants leaned away from the edge of the platform, the frequency of their postural adjustments increased, and the velocity of their trunk movements increased. Participants felt less confident, more fearful, more anxious, and less stable with an accompanying increase in physiological anxiety. Significant correlations between perceived anxiety, AP-COP MP, and cognitive measures revealed a possible relationship that could be mediated by cognitive measures. It was found that with greater conscious motor processing, more movement self-consciousness, and a greater amount of attention focused externally there was a larger shift of the mean position away from the edge of the platform. This thesis provides evidence that postural threat can influence cognitive strategies causing a shift to more conscious control of movement which is associated with leaning away from the edge of the platform. Shifting the position of the body away from the direction of the postural threat may reflect a cognitive strategy to ensure safety in this situation due to the inability to employ a stepping strategy when standing on an elevated platform.

Electrophysiological investigations of the timing of face processing

As important social stimuli, faces playa critical role in our lives. Much of our interaction with other people depends on our ability to recognize faces accurately. It has been proposed that face processing consists of different stages and interacts with other systems (Bruce & Young, 1986). At a perceptual level, the initial two stages, namely structural encoding and face recognition, are particularly relevant and are the focus of this dissertation. Event-related potentials (ERPs) are averaged EEG signals time-locked to a particular event (such as the presentation of a face). With their excellent temporal resolution, ERPs can provide important timing information about neural processes. Previous research has identified several ERP components that are especially related to face processing, including the N 170, the P2 and the N250. Their nature with respect to the stages of face processing is still unclear, and is examined in Studies 1 and 2. In Study 1, participants made gender decisions on a large set of female faces interspersed with a few male faces. The ERP responses to facial characteristics of the female faces indicated that the N 170 amplitude from each side of the head was affected by information from eye region and by facial layout: the right N 170 was affected by eye color and by face width, while the left N 170 was affected by eye size and by the relation between the sizes of the top and bottom parts of a face. In contrast, the P100 and the N250 components were largely unaffected by facial characteristics. These results thus provided direct evidence for the link between the N 170 and structural encoding of faces. In Study 2, focusing on the face recognition stage, we manipulated face identity strength by morphing individual faces to an "average" face. Participants performed a face identification task. The effect of face identity strength was found on the late P2 and the N250 components: as identity strength decreased from an individual face to the "average" face, the late P2 increased and the N250 decreased. In contrast, the P100, the N170 and the early P2 components were not affected by face identity strength. These results suggest that face recognition occurs after 200 ms, but not earlier. Finally, because faces are often associated with social information, we investigated in Study 3 how group membership might affect ERP responses to faces. After participants learned in- and out-group memberships of the face stimuli based on arbitrarily assigned nationality and university affiliation, we found that the N170 latency differentiated in-group and out-group faces, taking longer to process the latter. In comparison, without group memberships, there was no difference in N170 latency among the faces. This dissertation provides evidence that at a neural level, structural encoding of faces, indexed by the N170, occurs within 200 ms. Face recognition, indexed by the late P2 and the N250, occurs shortly afterwards between 200 and 300 ms. Social cognitive factors can also influence face processing. The effect is already evident as early as 130-200 ms at the structural encoding stage.

An Electrophysiological Investigation into the Role of Cognitive Control in the Attentional Blink

Accuracy at reporting a second-target (T2) is reduced if it is presented within approximately 500 ms of the first target (T1) – an attentional blink (AB). Early models explained the AB in terms of attentional limitations creating a processing bottleneck such that T2 processing would be impaired while T1 processing was ongoing. Theoretical models of the AB have more recently been expanded to include the role of cognitive control. In this dissertation I propose that cognitive control, defined as the optimization of information processing in order to achieve goals, is maladapted to the dual-task conditions of the AB task in that cognitive control optimizes the T1 goal, due to its temporal proximity, at the cost of T2. I start with the concept that the role of cognitive control is to serve goals, and that how goals are conceived of and the degree of motivation associated with those goals will determine whether cognitive control will create the condition that cause the AB. This leads to the hypothesis that electrophysiological measures of cognitive control and the degree of attentional investment resulting from cognitive control modulate the AB and explain individual differences in the AB. In a series of four studies feedback-related N2 amplitude, (reflecting individual differences in the strength of cognitive control), and event-related and resting alpha frequency oscillatory activity (reflecting degree of attentional investment), are used to explain both intra- and inter-individual variability in performance on the AB task. Results supported the hypothesis that stronger cognitive control and greater attentional investment are associated with larger AB magnitudes. Attentional investment, as measured by alpha frequency oscillations, and cognitive control, as measured by the feedback-related N2, did not relate to each other as hypothesized. It is proposed that instead of a measure of attentional investment alone, alpha frequency oscillatory activity actually reflects control over information processing over time, in other words the timing of attention. With this conceptualization, various aspects of cognitive control, either related to the management of goals (feedback-related N2) or the management of attention over time to meet goals, explain variability in the AB.

Empathy and Emotion Processing in Mild Head Injury and Sub-clinical Psychopathy

The current study sought to investigate the nature of empathic responding and emotion processing in persons who have experienced Mild Head Injury (MHI) and how this relationship between empathetic responding and head injury status may differ in those with higher psychopathic characteristics (i.e., subclinical psychopathy). One-hundred university students (36% reporting having a previous MHI) completed an Emotional Processing Task (EPT) using images of neutral and negative valence (IAPS, 2008) designed to evoke empathy; physiological responses were recorded. Additionally, participants completed measures of cognitive competence and various individual differences (empathy - QCAE; Reniers, 2011; Psychopathy - SRP-III, Williams, Paulhus & Hare, 2007) and demographics questionnaires. MHI was found to be associated with lower affective empathy and physiological reactivity (pulse rate) while viewing images irrespective of valence, reflecting a pattern of generalized underarousal. The empathic deficits observed correlated with the individual’s severity of injury such that the greater number of injury characteristics and symptoms endorsed by a subject, the more dampened the affective and cognitive empathy reactions to stimuli and the lower his/her physiological reactivity. Importantly, psychopathy interacted with head injury status such that the effects of psychopathy were significant only for individuals indicating a MHI. This group, i.e., MHI subjects who scored higher on psychopathy, displayed the greatest compromise in empathic responding. Interestingly, the Callous Affect component of psychopathy was found to account for the empathic and emotion processing deficits observed for individuals who report a MHI; in contrast, the Interpersonal Manipulation component emerged as a better predictor of empathic and emotion deficits observed in the No MHI group. These different patterns may indicate the involvement of different underlying processes in the manifestation of empathic deficits associated with head injury or subclinical psychopathy. It also highlights the importance of assessing for prior head injury in populations with higher psychopathic characteristics due to the possible combined/enhanced influences. The results of this study have important social implications for persons who have experienced a concussion or limited neural trauma since even subtle injury to the head may be sufficient to produce dampened emotion processing, thereby impacting one’s social interactions and engagement (i.e., at risk for social isolation or altered interpersonal success). Individuals who experience MHI in conjunction with certain personality profiles (e.g., higher psychopathic characteristics) may be particularly at risk for being less capable of empathic compassion and socially-acceptable pragmatics and, as a result, may not be responsive to another person’s emotional well-being.

Intra- and inter-hemispheric interactions in somatosensory processing of pain : dynamical causal modeling analysis of fMRI data

La douleur est une expérience perceptive comportant de nombreuses dimensions. Ces dimensions de douleur sont inter-reliées et recrutent des réseaux neuronaux qui traitent les informations correspondantes. L’élucidation de l'architecture fonctionnelle qui supporte les différents aspects perceptifs de l'expérience est donc une étape fondamentale pour notre compréhension du rôle fonctionnel des différentes régions de la matrice cérébrale de la douleur dans les circuits corticaux qui sous tendent l'expérience subjective de la douleur. Parmi les diverses régions du cerveau impliquées dans le traitement de l'information nociceptive, le cortex somatosensoriel primaire et secondaire (S1 et S2) sont les principales régions généralement associées au traitement de l'aspect sensori-discriminatif de la douleur. Toutefois, l'organisation fonctionnelle dans ces régions somato-sensorielles n’est pas complètement claire et relativement peu d'études ont examiné directement l'intégration de l'information entre les régions somatiques sensorielles. Ainsi, plusieurs questions demeurent concernant la relation hiérarchique entre S1 et S2, ainsi que le rôle fonctionnel des connexions inter-hémisphériques des régions somatiques sensorielles homologues. De même, le traitement en série ou en parallèle au sein du système somatosensoriel constitue un autre élément de questionnement qui nécessite un examen plus approfondi. Le but de la présente étude était de tester un certain nombre d'hypothèses sur la causalité dans les interactions fonctionnelle entre S1 et S2, alors que les sujets recevaient des chocs électriques douloureux. Nous avons mis en place une méthode de modélisation de la connectivité, qui utilise une description de causalité de la dynamique du système, afin d'étudier les interactions entre les sites d'activation définie par un ensemble de données provenant d'une étude d'imagerie fonctionnelle. Notre paradigme est constitué de 3 session expérimentales en utilisant des chocs électriques à trois différents niveaux d’intensité, soit modérément douloureux (niveau 3), soit légèrement douloureux (niveau 2), soit complètement non douloureux (niveau 1). Par conséquent, notre paradigme nous a permis d'étudier comment l'intensité du stimulus est codé dans notre réseau d'intérêt, et comment la connectivité des différentes régions est modulée dans les conditions de stimulation différentes. Nos résultats sont en faveur du mode sériel de traitement de l’information somatosensorielle nociceptive avec un apport prédominant de la voie thalamocorticale vers S1 controlatérale au site de stimulation. Nos résultats impliquent que l'information se propage de S1 controlatéral à travers notre réseau d'intérêt composé des cortex S1 bilatéraux et S2. Notre analyse indique que la connexion S1→S2 est renforcée par la douleur, ce qui suggère que S2 est plus élevé dans la hiérarchie du traitement de la douleur que S1, conformément aux conclusions précédentes neurophysiologiques et de magnétoencéphalographie. Enfin, notre analyse fournit des preuves de l'entrée de l'information somatosensorielle dans l'hémisphère controlatéral au côté de stimulation, avec des connexions inter-hémisphériques responsable du transfert de l'information à l'hémisphère ipsilatéral.

The role of sleep and dreaming in the processing of episodic memory

La présente thèse examine les liens entre le sommeil, la mémoire épisodique et les rêves. Dans une première étude, nous utilisons les technologies de la réalité virtuelle (RV) en liaison avec un paradigme de privation de sommeil paradoxal et de collecte de rêve en vue d'examiner l'hypothèse que le sommeil paradoxal et le rêve sont impliqués dans la consolidation de la mémoire épisodique. Le sommeil paradoxal a été associé au rappel des aspects spatiaux des éléments émotionnels de la tâche RV. De la même façon, l'incorporation de la tâche RV dans les rêves a été associée au rappel des aspects spatiaux de la tâche. De plus, le rappel des aspects factuels et perceptuels de la mémoire épisodique, formé lors de la tâche VR, a été associé au sommeil aux ondes lentes. Une deuxième étude examine l'hypothèse selon laquelle une fonction possible du rêve pourrait être de créer de nouvelles associations entre les éléments de divers souvenirs épisodiques. Un participant a été réveillé 43 fois lors de l'endormissement pour fournir des rapports détaillés de rêves. Les résultats suggèrent qu'un seul rêve peut comporter, dans un même contexte spatiotemporel, divers éléments appartenant aux multiples souvenirs épisodiques. Une troisième étude aborde la question de la cognition lors du sommeil paradoxal, notamment comment les aspects bizarres des rêves, qui sont formés grâce aux nouvelles combinaisons d'éléments de la mémoire épisodique, sont perçus par le rêveur. Les résultats démontrent une dissociation dans les capacités cognitives en sommeil paradoxal caractérisée par un déficit sélectif dans l'appréciation des éléments bizarres des rêves. Les résultats des quatre études suggèrent que le sommeil aux ondes lentes et le sommeil paradoxal sont différemment impliqués dans le traitement de la mémoire épisodique. Le sommeil aux ondes lentes pourrait être implique dans la consolidation de la mémoire épisodique, et le sommeil paradoxal, par l'entremise du rêve, pourrais avoir le rôle d'introduire de la flexibilité dans ce système mnémonique.

Dynamique cérébrale et réserve cognitive en situation d’attention sélective dans le vieillissement normal et les troubles de la cognition : approche neurofonctionnelle

Réalisée en cotutelle avec l'Unité de Formation à la Recherche Lettres Arts et Sciences Humaines - Université Nice-Sophia Antipolis.

Électrophysiologie cognitive et motrice du syndrome Gilles de la Tourette

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

Cognitive deficits in alcoholism

Contexte : Les répercussions de l’alcool au niveau des fonctions cognitives sont bien documentées. Certaines hypothèses suggèrent que l’alcool affecte des fonctions cognitives spécifiques alors que d’autres avancent l’hypothèse de déficits diffus. Cependant, une ambigüité persiste concernant quelles fonctions cognitives sont le plus touchées par l’alcool, et à quel point la durée d’abstinence affecte la récupération cognitive. Nous avons procédé à une des premières méta-analyses qui s’intéresse aux différentes fonctions cognitives touchées par la consommation problématique d’alcool et à la durée d’abstinence requise pour une récupération au niveau des cognitions. Méthodes : Une recherche de la littérature a permis d’identifier 62 études évaluant les cognitions chez les personnes présentant des troubles liés à l’utilisation d’alcool. Les estimations de la taille d’effet ont été calculées avec la Comprehensive Meta Analysis –V2 pour les 12 domaines cognitifs suivants : quotient intellectuel, fluidité verbale/langage, vitesse de traitement de l’information, mémoire de travail, attention, résolution de problème/fonctions exécutives, inhibition/impulsivité, apprentissage verbal, mémoire verbale, apprentissage visuel, mémoire visuelle, habiletés visuo-spatiales. Parmi ces 12 domaines cognitifs, 3 estimations de la taille d’effet ont été calculées selon les durées d’abstinences suivantes : court- (<1 mois), moyen- (2 à 12 mois) et long- (>1 an) termes. Résultats : Les résultats ont révélé la présence de dysfonctions modérées dans 11 domaines cognitifs durant l’abstinence à court terme, et dans 10 domaines cognitifs pour le moyen-terme. Des dysfonctions cognitives minimales furent notées durant l’abstinence à long-terme. Conclusions : Ces résultats révèlent des déficits cognitifs significatifs et diffus durant la première année d’abstinence. Déficits qui se normalisent après un an. Ces résultats soutiennent l’hypothèse de déficits cognitifs diffus reliés à l’alcoolisme et suggèrent que la cognition devrait faire partie intégrante du traitement d’alcoolisme.

Visual information processing during conscious and non-conscious face perception

Les stimuli naturels projetés sur nos rétines nous fournissent de l’information visuelle riche. Cette information varie le long de propriétés de « bas niveau » telles que la luminance, le contraste, et les fréquences spatiales. Alors qu’une partie de cette information atteint notre conscience, une autre partie est traitée dans le cerveau sans que nous en soyons conscients. Les propriétés de l’information influençant l’activité cérébrale et le comportement de manière consciente versus non-consciente demeurent toutefois peu connues. Cette question a été examinée dans les deux derniers articles de la présente thèse, en exploitant les techniques psychophysiques développées dans les deux premiers articles. Le premier article présente la boîte à outils SHINE (spectrum, histogram, and intensity normalization and equalization), développée afin de permettre le contrôle des propriétés de bas niveau de l'image dans MATLAB. Le deuxième article décrit et valide la technique dite des bulles fréquentielles, qui a été utilisée tout au long des études de cette thèse pour révéler les fréquences spatiales utilisées dans diverses tâches de perception des visages. Cette technique offre les avantages d’une haute résolution au niveau des fréquences spatiales ainsi que d’un faible biais expérimental. Le troisième et le quatrième article portent sur le traitement des fréquences spatiales en fonction de la conscience. Dans le premier cas, la méthode des bulles fréquentielles a été utilisée avec l'amorçage par répétition masquée dans le but d’identifier les fréquences spatiales corrélées avec les réponses comportementales des observateurs lors de la perception du genre de visages présentés de façon consciente versus non-consciente. Les résultats montrent que les mêmes fréquences spatiales influencent de façon significative les temps de réponse dans les deux conditions de conscience, mais dans des sens opposés. Dans le dernier article, la méthode des bulles fréquentielles a été combinée à des enregistrements intracrâniens et au Continuous Flash Suppression (Tsuchiya & Koch, 2005), dans le but de cartographier les fréquences spatiales qui modulent l'activation de structures spécifiques du cerveau (l'insula et l'amygdale) lors de la perception consciente versus non-consciente des expressions faciales émotionnelles. Dans les deux régions, les résultats montrent que la perception non-consciente s'effectue plus rapidement et s’appuie davantage sur les basses fréquences spatiales que la perception consciente. La contribution de cette thèse est donc double. D’une part, des contributions méthodologiques à la recherche en perception visuelle sont apportées par l'introduction de la boîte à outils SHINE ainsi que de la technique des bulles fréquentielles. D’autre part, des indications sur les « corrélats de la conscience » sont fournies à l’aide de deux approches différentes.

L'épilepsie bénigne à pointes centrotemporales : investigation cognitive et études en imagerie fonctionnelle et structurelle.

L’épilepsie bénigne à pointes centrotemporales (EPCT) est la forme la plus fréquente des épilepsies idiopathiques chez l’enfant (Fastenau et al., 2009). Le pronostic de ces patients est bon, notamment en raison de la rémission spontanée de cette épilepsie à l’adolescence; toutefois plusieurs études suggèrent la présence de troubles cognitifs et de spécificités neuroanatomiques. Il n’existe pas actuellement de consensus sur les liens entre leurs troubles cognitifs et leurs particularités neuroanatomiques et neurofonctionnelles. Dans cette thèse, notre but est de préciser le profil des enfants ayant une épilepsie bénigne à pointes centro-temporales, en investiguant les caractéristiques des patients à plusieurs niveaux: cognitif, fonctionnel, structurel. La thèse est composée de quatre articles, dont deux articles empiriques. Notre premier article a pour objectif de recenser les difficultés cognitives et affectives rapportées par les études s’intéressant aux caractéristiques des enfants ayant une épilepsie bénigne. Bien qu’une certaine variabilité soit retrouvée dans la littérature, cette revue démontre qu’une histoire d’épilepsie, même bénigne, peut être un facteur de risque pour le développement cognitif et socio-affectif des enfants. Notre revue de littérature a indiqué des troubles particuliers du langage chez ces enfants, mais aucune étude n’avait auparavant investigué spécifiquement la compréhension de lecture chez les enfants ayant une EPCT, une compétence essentielle dans le cheminement scolaire des enfants. Ainsi, nous avons développé une tâche novatrice de compréhension de lecture de phrases en imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf), adaptée à la population pédiatrique. Dans notre second article, nous avons validé cette tâche auprès d’enfants sains et nous avons mis en évidence une mobilisation des régions cérébrales généralement engagées dans des tâches langagières chez l’enfant sain, y compris les régions impliquées dans le traitement sémantique (Berl et al., 2010; Blumenfeld, Booth et Burman, 2006). Le troisième article de cette thèse rapporte notre investigation du réseau cérébral activé durant cette nouvelle tâche de compréhension de lecture de phrases en IRMf chez les enfants ayant une EPCT. Nos résultats suggèrent que ces derniers ont recours à l’activation d’un réseau cérébral plus large, présentant des similarités avec celui retrouvé chez les enfants dyslexiques. Par ailleurs, l’activation du striatum gauche, structure généralement associée à la réalisation de processus cognitifs complexes est uniquement retrouvée chez les enfants épileptiques. Étant donné que les enfants ayant une EPCT obtiennent des performances à la tâche d’IRMf équivalentes à celles des enfants sains, il est possible d’émettre l’hypothèse que ces différences d’activations cérébrales soient adaptatives. L’étude des relations entre les résultats neuropsychologiques, la performance à la tâche et les activations cérébrales a mis en évidence des prédicteurs différents entre les deux groupes d’enfants, suggérant qu’ils ne s’appuient pas exactement sur les mêmes processus cognitifs pour réussir la tâche. De plus, nous avons réalisé un travail d’intégration des diverses méthodologies utilisées dans les études en imagerie pondérée en diffusion chez l’enfant épileptique, ce qui constitue le quatrième article de cette thèse. Nous rapportons les diverses applications de cette méthode dans la caractérisation des anomalies structurelles subtiles de la matière blanche chez les enfants épileptiques en général. Les différentes méthodologies employées, les enjeux, et les biais potentiels relatifs aux traitements des données de diffusion y sont discutés. Enfin, pour mieux comprendre l’origine et les marqueurs de cette épilepsie, nous avons étudié les spécificités structurelles des cerveaux des enfants ayant une EPCT à l’aide d’analyses sur les données d’imagerie par résonnance magnétique. Aucune différence n’a été mise en évidence au niveau de la matière grise entre les cerveaux d’enfants sains et ceux ayant une EPCT. À l’inverse, nous rapportons des différences subtiles au niveau de la matière blanche dans notre population d’enfants épileptiques, avec une diminution de l’anisotropie fractionnelle (FA) au niveau temporal inférieur/moyen de l’hémisphère gauche, ainsi que dans l’hémisphère droit dans les régions frontales moyennes et occipitales inférieures. Ces résultats suggèrent la présence d’altérations de la matière blanche subtiles et diffuses dans le cerveau des enfants ayant une EPCT et concordent avec ceux d’autres études récentes (Ciumas et al., 2014).