Information processing in sleep-onset insomnia : a test of the neurocognitive model /

The present thesis study is a systematic investigation of information processing at sleep onset, using auditory event-related potentials (ERPs) as a test of the neurocognitive model of insomnia. Insomnia is an extremely prevalent disorder in society resulting in problems with daytime functioning (e.g., memory, concentration, job performance, mood, job and driving safety). Various models have been put forth in an effort to better understand the etiology and pathophysiology of this disorder. One of the newer models, the neurocognitive model of insomnia, suggests that chronic insomnia occurs through conditioned central nervous system arousal. This arousal is reflected through increased information processing which may interfere with sleep initiation or maintenance. The present thesis employed event-related potentials as a direct method to test information processing during the sleep-onset period. Thirteen poor sleepers with sleep-onset insomnia and 1 2 good sleepers participated in the present study. All poor sleepers met the diagnostic criteria for psychophysiological insomnia and had a complaint of problems with sleep initiation. All good sleepers reported no trouble sleeping and no excessive daytime sleepiness. Good and poor sleepers spent two nights at the Brock University Sleep Research Laboratory. The first night was used to screen for sleep disorders; the second night was used to investigate information processing during the sleep-onset period. Both groups underwent a repeated sleep-onsets task during which an auditory oddball paradigm was delivered. Participants signalled detection of a higher pitch target tone with a button press as they fell asleep. In addition, waking alert ERPs were recorded 1 hour before and after sleep on both Nights 1 and 2.As predicted by the neurocognitive model of insomnia, increased CNS activity was found in the poor sleepers; this was reflected by their smaller amplitude P2 component seen during wake of the sleep-onset period. Unlike the P2 component, the Nl, N350, and P300 did not vary between the groups. The smaller P2 seen in our poor sleepers indicates that they have a deficit in the sleep initiation processes. Specifically, poor sleepers do not disengage their attention from the outside environment to the same extent as good sleepers during the sleep-onset period. The lack of findings for the N350 suggest that this sleep component may be intact in those with insomnia and that it is the waking components (i.e., Nl, P2) that may be leading to the deficit in sleep initiation. Further, it may be that the mechanism responsible for the disruption of sleep initiation in the poor sleepers is most reflected by the P2 component. Future research investigating ERPs in insomnia should focus on the identification of the components most sensitive to sleep disruption. As well, methods should be developed in order to more clearly identify the various types of insomnia populations in research contexts (e.g., psychophysiological vs. sleep-state misperception) and the various individual (personality characteristics, motivation) and environmental factors (arousal-related variables) that influence particular ERP components. Insomnia has serious consequences for health, safety, and daytime functioning, thus research efforts should continue in order to help alleviate this highly prevalent condition.

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.

The Terroir of Winter Hardiness: Investigation of Winter Hardiness, Water Metrics, and Yield of Riesling and Cabernet Franc in the Niagara Region Using Geomatic Technologies

Grapevine winter hardiness is a key factor in vineyard success in many cool climate wine regions. Winter hardiness may be governed by a myriad of factors in addition to extreme weather conditions – e.g. soil factors (texture, chemical composition, moisture, drainage), vine water status, and yield– that are unique to each site. It was hypothesized that winter hardiness would be influenced by certain terroir factors , specifically that vines with low water status [more negative leaf water potential (leaf ψ)] would be more winter hardy than vines with high water status (more positive leaf ψ). Twelve different vineyard blocks (six each of Riesling and Cabernet franc) throughout the Niagara Region in Ontario, Canada were chosen. Data were collected during the growing season (soil moisture, leaf ψ), at harvest (yield components, berry composition), and during the winter (bud LT50, bud survival). Interpolation and mapping of the variables was completed using ArcGIS 10.1 (ESRI, Redlands, CA) and statistical analyses (Pearson’s correlation, principal component analysis, multilinear regression) were performed using XLSTAT. Clear spatial trends were observed in each vineyard for soil moisture, leaf ψ, yield components, berry composition, and LT50. Both leaf ψ and berry weight could predict the LT50 value, with strong positive correlations being observed between LT50 and leaf ψ values in eight of the 12 vineyard blocks. In addition, vineyards in different appellations showed many similarities (Niagara Lakeshore, Lincoln Lakeshore, Four Mile Creek, Beamsville Bench). These results suggest that there is a spatial component to winter injury, as with other aspects of terroir, in the Niagara region.

APPLICATION OF GEOMATICS TECHNOLOGIES TO CHARACTERIZE SPATIAL VARIABILITY AT STRATUS VINEYARDS

Vineyards vary over space and time, making geomatics technologies ideally suited to study terroir. This study applied geomatics technologies - GPS, remote sensing and GIS - to characterize the spatial variability at Stratus Vineyards in the Niagara Region. The concept of spatial terroir was used to visualize, monitor and analyze the spatial and temporal variability of variables that influence grape quality. Spatial interpolation and spatial autocorrelation were used to measure the pattern demonstrated by soil moisture, leaf water potential, vine vigour, soil composition and grape composition on two Cabernet Franc blocks and one Chardonnay block. All variables demonstrated some spatial variability within and between the vineyard block and over time. Soil moisture exhibited the most significant spatial clustering and was temporally stable. Geomatics technologies provided valuable spatial information related to the natural spatial variability at Stratus Vineyards and can be used to inform and influence vineyard management decisions.

Non-negative matrix decomposition approaches to frequency domain analysis of music audio signals

On étudie l’application des algorithmes de décomposition matricielles tel que la Factorisation Matricielle Non-négative (FMN), aux représentations fréquentielles de signaux audio musicaux. Ces algorithmes, dirigés par une fonction d’erreur de reconstruction, apprennent un ensemble de fonctions de base et un ensemble de coef- ficients correspondants qui approximent le signal d’entrée. On compare l’utilisation de trois fonctions d’erreur de reconstruction quand la FMN est appliquée à des gammes monophoniques et harmonisées: moindre carré, divergence Kullback-Leibler, et une mesure de divergence dépendente de la phase, introduite récemment. Des nouvelles méthodes pour interpréter les décompositions résultantes sont présentées et sont comparées aux méthodes utilisées précédemment qui nécessitent des connaissances du domaine acoustique. Finalement, on analyse la capacité de généralisation des fonctions de bases apprises par rapport à trois paramètres musicaux: l’amplitude, la durée et le type d’instrument. Pour ce faire, on introduit deux algorithmes d’étiquetage des fonctions de bases qui performent mieux que l’approche précédente dans la majorité de nos tests, la tâche d’instrument avec audio monophonique étant la seule exception importante.

Impact des émotions sur les performances

Les émotions jouent un rôle primordial dans les processus cognitifs et plus particulièrement dans les tâches d’apprentissage. D’ailleurs, plusieurs recherches neurologiques ont montré l’interrelation qui existe entre la cognition et les émotions. Elles ont aussi déterminé plusieurs formes d’intelligence humaine autre que l’intelligence rationnelle parmi lesquelles nous distinguons la forme ayant comme dimension émotionnelle, à savoir l’intelligence émotionnelle, vu son impact sur les processus d’apprentissage. L’intelligence émotionnelle est alors un facteur significatif de réussite scolaire et professionnelle. Sous la lumière de ces constatations présentées, les informaticiens à leur tour, vont alors tenter de consentir de plus en plus de place au facteur émotionnel dans les systèmes informatiques et plus particulièrement dans ceux dédiés à l’apprentissage. L’intégration de l’intelligence émotionnelle dans ces systèmes et plus précisément, dans les Systèmes Tutoriels Intelligents (STI), va leur permettre de gérer les émotions de l’apprenant et par la suite améliorer ses performances. Dans ce mémoire, notre objectif principal est d’élaborer une stratégie d’apprentissage visant à favoriser et accentuer la mémorisation chez les enfants. Pour atteindre cet objectif, nous avons développé un cours d’anglais en ligne ainsi qu’un tuteur virtuel utilisant des ressources multimédia tels que le ton de la voix, la musique, les images et les gestes afin de susciter des émotions chez l’apprenant. Nous avons conduit une expérience pour tester l’efficacité de quelques stratégies émotionnelles ainsi qu’évaluer l’impact des émotions suscitées sur la capacité de mémorisation des connaissances à acquérir par l’apprenant. Les résultats de cette étude expérimentale ont prouvé que l’induction implicite des émotions chez ce dernier a une influence significative sur ses performances. Ils ont également montré qu’il n’existe pas une stratégie efficace pour tous les apprenants à la fois, cependant l’efficacité d’une telle stratégie par rapport à une autre dépend essentiellement du profil comportemental de l’apprenant déterminé à partir de son tempérament.

The prevalence of congenital amusia

L’amusie congénitale est un trouble neurogénétique qui se caractérise par une inhabileté à acquérir des habiletés musicales de base, telles que la perception musicale et la reconnaissance musicale normales, malgré une audition, un développement du langage et une intelligence normaux (Ayotte, Peretz & Hyde, 2002). Récemment, une éude d’aggrégation familiale a démontré que 39% des membres de familles d’individus amusiques démontrent le trouble, comparativement à 3% des membres de familles d’individus normaux (Peretz et al., 2007). Cette conclusion est intéressante puisqu’elle démontre une prévalence de l’amusie congénitale dans la population normale. Kalmus et Fry (1980) ont évalué cette prévalence à 4%, en utilisant le Distorted Tunes Test (DTT). Par contre, ce test présente certaines lacunes méthodologiques et statistiques, telles un effet plafond important, ainsi que l’usage de mélodies folkloriques, désavantageant les amusiques puisque ceux-ci ne peuvent pas assimiler ces mélodies correctement. L’étude présente visait à réévaluer la prévalence de l’amusie congénitale en utilisant un test en ligne récemment validé par Peretz et ses collègues (2008). Mille cent participants, d’un échantillon homogène, ont complété le test en ligne. Les résultats démontrent une prévalence globale de 11.6%, ainsi que quatre profiles de performance distincts: pitch deafness (1.5%), pitch memory amusia (3.2%), pitch perception amusia (3.3%), et beat deafness (3.3%). La variabilité des résultats obtenus avec le test en ligne démontre l’existence de quatre types d’amusies avec chacune une prévalence individuelle, indiquant une hétérogénéité dans l’expression de l’amusie congénitale qui devra être explorée ultérieurement.

Les relations d’accords : proposition pour un système d’organisation harmonique structurelle au sein d’un discours non-tonal

La version intégrale de cette thèse est disponible uniquement pour consultation individuelle à la Bibliothèque de musique de l’Université de Montréal (http://www.bib.umontreal.ca/MU).

L'influence d'un modèle sur le chant des amusiques : une solution au chant faux?

L’objectif était d’évaluer l’influence de la mémoire mélodique sur le chant des personnes souffrant d’amusie congénitale. Onze « amusiques » et 11 contrôles appariés ont chanté une chanson familière sur les paroles originales ainsi que sur la syllabe /la/. Les participants ont d’abord chanté la mélodie de mémoire et ensuite, ils ont imité la mélodie après et à l’unisson avec un modèle enregistré préalablement. Les résultats ont illustré que les amusiques ont amélioré leur performance en chantant par imitation (soit après, soit à l’unisson avec le modèle). Ceux qui présentaient une difficulté plus importante de la mémoire ont profité davantage du modèle, particulièrement lorsqu’ils chantaient sur la syllabe /la/. Ces résultats suggèrent qu’une mémoire faible pourrait être une cause des difficultés en chant. De plus, cette étude illustre que le chant par imitation semble être une méthode à privilégier pour améliorer la performance chantée.

Étude électrophysiologique de la mémoire à court terme auditive

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.

Utilisation normale du mode et du tempo par les amusiques adultes, lors de jugements émotionnels

Notre aptitude à déterminer si un extrait de musique est gai ou triste réside dans notre capacité à extraire les caractéristiques émotionnelles de la musique. Une de ces caractéristiques, le mode, est liée aux hauteurs musicales et une autre, le tempo, est temporelle (Hevner, 1937; 1935). Une perception déficitaire de l’une de ces caractéristiques (ex. les hauteurs) devrait affecter l’expérience émotionnelle. L’amusie congénitale est caractérisée par un traitement anormal des hauteurs (Peretz, 2008). Toutefois, peu de données ont été accumulées sur les réponses émotionnelles des amusiques face à la perception du mode. La perception émotionnelle liée à celui-ci pourrait être préservée, chez les amusiques en raison de leur perception implicite des hauteurs (Peretz, et coll., 2009). Dans un premier temps, cette étude cherchera à déterminer dans quelle mesure les amusiques adultes utilisent le mode relativement au tempo dans la distinction d’une pièce gaie, d’une triste. Dans cette optique, onze amusiques et leurs contrôles appariés ont jugé des extraits de musique classique gais et tristes, dans leur forme originale et dans deux versions modifiées : (1) mode inversé (transcrit dans le mode opposé mineur ↔ majeur) et (2) tempo neutralisé (réglé à une valeur médiane), où le mode émerge comme caractéristique dominante. Les participants devaient juger si les extraits étaient gais ou tristes sur une échelle de 10-points, pendant que leurs réponses électromyographiques (zygomatique et corrugateur) étaient enregistrées. Les participants ont par la suite été réinvités au laboratoire pour réaliser une tâche non émotionnelle de discrimination des modes (majeur, mineur), dans laquelle des paires de stimuli composés de versions plus courtes des extraits originaux et leur version au mode inversé leur étaient présentées. Les participants (14; 7 amusiques) devaient juger si les paires étaient identiques (même stimulus, même mode) ou différentes (même stimulus, modes différents). Dans cette dernière tâche, les amusiques ont eu plus de difficulté que leurs contrôles à discriminer les modes, mais les amusiques comme leurs contrôles se sont montrés sensibles aux manipulations du mode et du tempo, dans la tâche émotionnelle. Ces résultats supportés par des réponses EMG normales présupposent des habiletés préservées ou implicites de traitement tonal dans l’amusie congénitale.

Musique et langage : spécificités, interactions et associations spatiales

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

Bases génétiques de l'amusie congénitale : une étude de jumeaux

L’amusie congénitale est un trouble neuro-développemental se définissant par des difficultés à percevoir la musique, et ce malgré une ouïe et une intelligence normales. Un déficit de discrimination fine des hauteurs serait à l’origine de ce trouble, qui se traduit notamment par une incapacité à détecter les fausses notes. afin de mieux comprendre les facteurs génétiques contribuant à la manifestation de l’amusie congénitale, la présente étude avait pour objectif: (a) de déterminer si la performance sur diverses tâches musicales et auditives était plus similaire chez les jumeaux identiques (monozygotes ; MZ) que chez les jumeaux non-identiques (dizygotes ; DZ) et (b) d’explorer les variables relatives à l’environnement musical des jumeaux, afin de mieux comprendre les contributions de l’environnement et de la génétique dans les différences sous-tendant les habiletés musicales. De plus, le profil des sujets amusiques a été analysé afin de vérifier s’il correspondait à celui décrit dans la littérature, faisant état de difficultés tonales, mais non rythmiques. Huit paires de jumeaux MZ et six paires de jumeaux DZ, parmi lesquelles au moins un des co-jumeaux était potentiellement amusique, ont pris part à cette étude. Les tâches consistaient en un test en ligne de perception mélodique et rythmique, un test de détection des différences de hauteurs, ainsi qu’un test de chant. L’analyse de la performance et de l’environnement musical des jumeaux MZ et DZ ne révèle aucune distinction comportementale entre ces deux groupes en ce qui concerne les habiletés musicales. Cela suggère que celles-ci puissent être davantage influencées par l’environnement partagé que par les facteurs génétiques. Enfin, les jumeaux amusiques ont le profil habituel d’habiletés musicales. En effet, ils commettent des erreurs de perception et de production musicale au niveau mélodique, mais ont une perception rythmique préservée. D’autres études, notamment avec de plus grands échantillons de jumeaux, seront nécessaires afin d’élucider la possible étiologie génétique sous-tendant l’amusie congénitale.

Reconstruction des structures magnéto-convectives solaires sous une région active, par l’utilisation conjointe d’un modèle de convection anélastique et d’une méthode d’assimilation de données.

L’utilisation d’une méthode d’assimilation de données, associée à un modèle de convection anélastique, nous permet la reconstruction des structures physiques d’une partie de la zone convective située en dessous d’une région solaire active. Les résultats obtenus nous informent sur les processus d’émergence des tubes de champ magnétique au travers de la zone convective ainsi que sur les mécanismes de formation des régions actives. Les données solaires utilisées proviennent de l’instrument MDI à bord de l’observatoire spatial SOHO et concernent principalement la région active AR9077 lors de l’ ́évènement du “jour de la Bastille”, le 14 juillet 2000. Cet évènement a conduit à l’avènement d’une éruption solaire, suivie par une importante éjection de masse coronale. Les données assimilées (magnétogrammes, cartes de températures et de vitesses verticales) couvrent une surface de 175 méga-mètres de coté acquises au niveau photosphérique. La méthode d’assimilation de données employée est le “coup de coude direct et rétrograde”, une méthode de relaxation Newtonienne similaire à la méthode “quasi-linéaire inverse 3D”. Elle présente l’originalité de ne pas nécessiter le calcul des équations adjointes au modèle physique. Aussi, la simplicité de la méthode est un avantage numérique conséquent. Notre étude montre au travers d’un test simple l’applicabilité de cette méthode à un modèle de convection utilisé dans le cadre de l’approximation anélastique. Nous montrons ainsi l’efficacité de cette méthode et révélons son potentiel pour l’assimilation de données solaires. Afin d’assurer l’unicité mathématique de la solution obtenue nous imposons une régularisation dans tout le domaine simulé. Nous montrons enfin que l’intérêt de la méthode employée ne se limite pas à la reconstruction des structures convectives, mais qu’elle permet également l’interpolation optimale des magnétogrammes photosphériques, voir même la prédiction de leur évolution temporelle.

Normalisation de l’évaluation du potentiel musical auprès d’enfants d’âge scolaire

Cette étude introduit un nouvel outil d’évaluation des troubles liés à la perception et la mémoire de la musique pour les enfants âgés entre six et huit ans. La batterie d’évaluation proposée est une adaptation de la batterie de Montréal de l'évaluation de l’amusie (MBEA) afin qu’elle puisse être utilisée chez les enfants, et ce, peu importe leur langue maternelle et leur culture. Dans l'expérience 1, la batterie, qui évalue les composantes musicales suivantes : la tonalité, le contour, l’intervalle, le rythme ainsi que la mémoire incidente, a été administrée auprès de 258 enfants à Montréal et 91 à Pékin. Dans l'expérience 2, une version abrégée de la batterie a été administrée à 86 enfants à Montréal. Les deux versions ont démontré une sensibilité aux différences individuelles et à la formation musicale. Il ne semble pas y avoir une influence de l'apprentissage de la lecture et de l’écriture sur les performances, mais plutôt un effet de la culture. Effectivement, les enfants qui ont comme langue maternelle le Mandarin (une langue tonale) ont obtenu de meilleurs résultats aux tâches de discrimination liées à la composante mélodique en comparaison à leurs homologues canadiens. Pour les deux groupes d’enfants, ceux qui ont été identifiés comme potentiellement amusiques ont principalement, mais pas exclusivement, des difficultés à percevoir de fines variations de hauteurs. Le caractère prédominant du déficit lié au traitement mélodique est moins distinctif avec la version abrégée. Par ailleurs, les résultats suggèrent différentes trajectoires de développement pour le traitement de la mélodie, du rythme et de la mémoire. De ce fait, la version de la MBEA adaptée à l’enfant, renommée la batterie de Montréal d'évaluation du potentiel musical (MBEMP), est un nouvel outil qui permet d’identifier les troubles liés au traitement musical chez les enfants tout en permettant d'examiner le développement typique et atypique des habiletés musicales et leur relation présumée à d'autres fonctions cognitives.