Visual functions in the healthy and schizophrenic brain : from stimulus control to illusory perceptions using electrical neuroimaging

ABSTRACT (FRENCH)Ce travail de thèse basé sur le système visuel chez les sujets sains et chez les patients schizophrènes, s'articule autour de trois articles scientifiques publiés ou en cours de publication. Ces articles traitent des sujets suivants : le premier article présente une nouvelle méthode de traitement des composantes physiques des stimuli (luminance et fréquence spatiale). Le second article montre, à l'aide d'analyses de données EEG, un déficit de la voie magnocellulaire dans le traitement visuel des illusions chez les patients schizophrènes. Ceci est démontré par l'absence de modulation de la composante PI chez les patients schizophrènes contrairement aux sujets sains. Cette absence est induite par des stimuli de type illusion Kanizsa de différentes excentricités. Finalement, le troisième article, également à l'aide de méthodes de neuroimagerie électrique (EEG), montre que le traitement des contours illusoires se trouve dans le complexe latéro-occipital (LOC), à l'aide d'illusion « misaligned gratings ». De plus il révèle que les activités démontrées précédemment dans les aires visuelles primaires sont dues à des inférences « top- down ».Afin de permettre la compréhension de ces trois articles, l'introduction de ce manuscrit présente les concepts essentiels. De plus des méthodes d'analyses de temps-fréquence sont présentées. L'introduction est divisée en quatre parties : la première présente le système visuel depuis les cellules retino-corticales aux deux voix du traitement de l'information en passant par les régions composant le système visuel. La deuxième partie présente la schizophrénie par son diagnostic, ces déficits de bas niveau de traitement des stimuli visuel et ces déficits cognitifs. La troisième partie présente le traitement des contours illusoires et les trois modèles utilisés dans le dernier article. Finalement, les méthodes de traitement des données EEG seront explicitées, y compris les méthodes de temps-fréquences.Les résultats des trois articles sont présentés dans le chapitre éponyme (du même nom). De plus ce chapitre comprendra les résultats obtenus à l'aide des méthodes de temps-fréquenceFinalement, la discussion sera orientée selon trois axes : les méthodes de temps-fréquence ainsi qu'une proposition de traitement de ces données par une méthode statistique indépendante de la référence. La discussion du premier article en montrera la qualité du traitement de ces stimuli. La discussion des deux articles neurophysiologiques, proposera de nouvelles d'expériences afin d'affiner les résultats actuels sur les déficits des schizophrènes. Ceci pourrait permettre d'établir un marqueur biologique fiable de la schizophrénie.ABSTRACT (ENGLISH)This thesis focuses on the visual system in healthy subjects and schizophrenic patients. To address this research, advanced methods of analysis of electroencephalographic (EEG) data were used and developed. This manuscript is comprised of three scientific articles. The first article showed a novel method to control the physical features of visual stimuli (luminance and spatial frequencies). The second article showed, using electrical neuroimaging of EEG, a deficit in spatial processing associated with the dorsal pathway in chronic schizophrenic patients. This deficit was elicited by an absent modulation of the PI component in terms of response strength and topography as well as source estimations. This deficit was orthogonal to the preserved ability to process Kanizsa-type illusory contours. Finally, the third article resolved ongoing debates concerning the neural mechanism mediating illusory contour sensitivity by using electrical neuroimaging to show that the first differentiation of illusory contour presence vs. absence is localized within the lateral occipital complex. This effect was subsequent to modulations due to the orientation of misaligned grating stimuli. Collectively, these results support a model where effects in V1/V2 are mediated by "top-down" modulation from the LOC.To understand these three articles, the Introduction of this thesis presents the major concepts used in these articles. Additionally, a section is devoted to time-frequency analysis methods not presented in the articles themselves. The introduction is divided in four parts. The first part presents three aspects of the visual system: cellular, regional, and its functional interactions. The second part presents an overview of schizophrenia and its sensoiy-cognitive deficits. The third part presents an overview of illusory contour processing and the three models examined in the third article. Finally, advanced analysis methods for EEG are presented, including time- frequency methodology.The Introduction is followed by a synopsis of the main results in the articles as well as those obtained from the time-frequency analyses.Finally, the Discussion chapter is divided along three axes. The first axis discusses the time frequency analysis and proposes a novel statistical approach that is independent of the reference. The second axis contextualizes the first article and discusses the quality of the stimulus control and direction for further improvements. Finally, both neurophysiologic articles are contextualized by proposing future experiments and hypotheses that may serve to improve our understanding of schizophrenia on the one hand and visual functions more generally.

Effets des usages différenciés de l'activité physique sur des enfants en classe enfantine : étude pluridisciplinaire et comparative

La thèse traite de projets de classes enfantines avec de l'activité physique, projets pilotes ayant entre autres le but d'évaluer les effets d'un apport d'activité physique auprès d'enfants de 4 à 6 ans. Le projet de recherche saisit l'opportunité de pouvoir observer les effets de l'AP sur de jeunes enfants (n=86, classes AP=40, classes contrôles=46) et ceci par trois regards distincts : une quantification de l'activité physique, l'influence de cette dernière sur certaines composantes cognitives (créativité, intelligence et concentration) des jeunes enfants et, enfin, l'influence de l'activité physique au niveau psychosocial (microsystèmes familial et scolaire). La méthodologie mélange des méthodes qualitatives (entretiens, observations) et quantitatives (accéléromètres (GT1M), tests de créativité (Krampen, 1996), d'intelligence (Cattell, Weiss & Osterland, 1997), de concentration (Krampen, 2007)). Les principaux résultats démontrent que ce type de projet permet d'augmenter l'AP durant le temps scolaire et les résultats sont plus contrastés en extrascolaire. Un temps supérieur consacré à l'AP ne démontre aucune diminution des capacités cognitives dans cette tranche d'âge-là. L'analyse du microsystème familial nous informe sur le fait que les parents qui ont placé leurs enfants dans ce type de classes sont eux-mêmes plus actifs que la moyenne de la population suisse (Lamprecht, Fischer, & Stamm, 2008a). Enfin, un apport d'AP ne permet pas d'augmenter le nombre de feedbacks tournés vers l'autonomie et le style contrôlant est même renforcé. Nos résultats sont discutés sur la base des études de Kriemler et al. (2010) qui démontrent toute la difficulté d'une intervention scolaire pour modifier les comportements familiaux en extrascolaire. La fonction exécutive (Tomporowski et al., 2008) offre un regard neurophysiologique éclairant les effets de l'AP sur les différentes capacités étudiées. Enfin, il semble que la pression générée par la mise en place de projets liés à un apport d'AP en école enfantine va dans le sens d'une augmentation d'un style contrôlant (Tessier, 2006). Ce choix d'approcher les observations selon plusieurs angles d'étude est audacieux car il se situe en situation écologique mais il représente en même temps le seul moyen d'observer les effets en tenant davantage compte de la complexité des conduites des interactions entre différents facteurs. - The aim of the study is to evaluate the effect of physical activity (PA) in kindergartens with children aged from 4 to 6 years old. The project seizes the opportunity to observe the effects of PA on young children (n=86, classes AP=40, control classes=46) with three different axes: a quantification of PA, the influence of PA on cognitive functions (creativity, intelligence and concentration), and the influence on the family and the climate in the class. The methodology is based on a mix of qualitative (interviews, observations) and quantitative (accelerometer (GT1M), creativity test (Krampen, 1996), intelligence test (Cattell, Weiss & Osterland, 1997), concentration test (Krampen, 2007)) methods. The main results show that PA during the schooltime increased and the results outside of the school present more contrasts. More time spent for PA doesn't influence negatively the evolution of the cognitive functions at this age. The parents, who have interest for this kind of kindergartens for their children move significantly more than the Swiss population (Lamprecht, et al., 2008a). More PA during the lessons doesn't increase the feedbacks given with autonomy and more control is even observed. The results show the difficulty of changing the behaviors of a family linked to PA outside of the school (Kriemler et al., 2010). The discussion of the results of the cognitive functions is based on the executive function, which seems to be linked to PA (Tomporowski et al., 2008). Finally, it seems that the pressure occurred by those projects with PA tend to foster a climate with more control (Tessier, 2006). The choice of structuring the thesis with three different axes represents a risk because it is established in ecological conditions, but it also allows to observe the effects of PA taking into consideration the interactions between the different factors.

Executive Order Number Forty-Six, January 2006

Excecutive order signed by Governor Thomas Vilsck. Ensures Iowa's kids have a quality early childhood experience by giving child care workers the opportunity to organize. Directs the Department of Human Services to meet with authorized representatives of unregistered Child Care providers (and others not covered by Executive Order 45 )in the State of Iowa.

Executive Order Number Forty-Two, July 2005

Excecutive order signed by Governor Thomas Vilsck. Grants voting rights to disqualified electors who have discharged their sentence, probation or parole.

Executive Order Number Forty-Three, July 2005

Excecutive order signed by Governor Thomas Vilsck. Directs the Department of Human Services to meet with organizations and associations in order to improve delivery and quality of home and community-based care services for Iowa’s elderly and disabled.

Executive Order Number Forty-Four, September 2005

Excecutive order signed by Governor Thomas Vilsck. Directs the Department of Human Services to comply with all directives from the federal government arising from Hurricane Katrina insofar as those directives concern public welfare programs administered by DHS, declares that any evacuee shall be deemed a resident of the State of Iowa for purposes of obtaining eligibility for the food stamp, family investment and Medicaid programs, and DHS should process applications in an expedited and flexible manner.

Executive Order Number Forty-Five, January 2006

Excecutive order signed by Governor Thomas Vilsck. Ensures Iowa's kids have a quality early childhood experience by giving child care workers the opportunity to organize. Directs the Department of Human Services to meet with authorized representatives of Registered Child Care providers in the State of Iowa.

Executive Order Number Eleven, February 1968

Executive Orders from Governor Hughes. Establish the Department of Social Services.

Executive Order Number Forty-Seven, February 2006

Creates the Keep Iowa Clean and Beautiful Task Force to assess conditions and activities of litter control in Iowa.

Executive Order Number Forty-Eight, June 2006

Ordered the Institute for Tomorrow’s Workforce to propose a design for a pay-for-performance program and conduct a study of the design.

Executive Order Number One, May 1964

Executive Orders from Governor Hughes. Code of Fair Practices

Executive Order Number Two, October 1964

Executive Orders from Governor Hughes. All Iowa peace officers to protect President Johnson.

Executive Order Number Three, October 1964

Executive Orders from Governor Hughes. Uniform Criminal Extradition

Executive Order Number Four, June 1966

Executive Orders from Governor Hughes. Compact for education.

Executive Order Number Five, June 1966

Executive Orders from Governor Hughes. All Iowa peace officers assist during visit of President Johnson.