Long-term social recognition memory in adult male rats: factor analysis of the social and non-social behaviors

A modified version of the intruder-resident paradigm was used to investigate if social recognition memory lasts at least 24 h. One hundred and forty-six adult male Wistar rats were used. Independent groups of rats were exposed to an intruder for 0.083, 0.5, 2, 24, or 168 h and tested 24 h after the first encounter with the familiar or a different conspecific. Factor analysis was employed to identify associations between behaviors and treatments. Resident rats exhibited a 24-h social recognition memory, as indicated by a 3- to 5-fold decrease in social behaviors in the second encounter with the same conspecific compared to those observed for a different conspecific, when the duration of the first encounter was 2 h or longer. It was possible to distinguish between two different categories of social behaviors and their expression depended on the duration of the first encounter. Sniffing the anogenital area (49.9% of the social behaviors), sniffing the body (17.9%), sniffing the head (3%), and following the conspecific (3.1%), exhibited mostly by resident rats, characterized social investigation and revealed long-term social recognition memory. However, dominance (23.8%) and mild aggression (2.3%), exhibited by both resident and intruders, characterized social agonistic behaviors and were not affected by memory. Differently, sniffing the environment (76.8% of the non-social behaviors) and rearing (14.3%), both exhibited mostly by adult intruder rats, characterized non-social behaviors. Together, these results show that social recognition memory in rats may last at least 24 h after a 2-h or longer exposure to the conspecific.

A coherent approach to non-integer order derivatives

Signal Processing, vol. 86, nº 10

Enhanced resistive switching and multilevel behavior in bilayered HfAlO/HfAlOx structures for non-volatile memory applications

In this work, hafnium aluminum oxide (HfAlO) thin films were deposited by ion beam sputtering deposition technique on Si substrate. The presence of oxygen vacancies in the HfAlOx layer deposited in oxygen deficient environment is evidenced from the photoluminescence spectra. Furthermore, HfAlO(oxygen rich)/HfAlOx(oxygen poor) bilayer structures exhibit multilevel resistive switching (RS), and the switching ratio becomes more prominent with increasing the HfAlO layer thickness. The bilayer structure with HfAlO/HfAlOx thickness of 30/40 nm displays the enhanced multilevel resistive switching characteristics, where the high resistance state/ intermediate resistance state (IRS) and IRS/low resistance state resistance ratios are 102 and 5 105 , respectively. The switching mechanisms in the bilayer structures were investigated by the temperature dependence of the three resistance states. This study revealed that the multilevel RS is attributed to the coupling of ionic conduction and the metallic conduction, being the first associated to the formation and rupture of conductive filaments related to oxygen vacancies and the second with the formation of a metallic filament. Moreover, the bilayer structures exhibit good endurance and stability in time.

Frame-coherent 3D stippling for non-photorealistic computer graphics

Stipping, non-photorealistic rendering, non-photorealistic computer graphics

Shared and non-shared antigens from three different extracts of the metacestode of Echinococcus granulosus

Hydatid cyst fluid (HCF), somatic antigens (S-Ag) and excretory-secretory products (ES-Ag) of Echinococcus granulosus protoscoleces are used as the main antigenic sources for immunodiagnosis of human and dog echinococcosis. In order to determine their non-shared as well as their shared antigenic components, these extracts were studied by ELISA-inhibition and immunoblot-inhibition. Assays were carried out using homologous rabbit polyclonal antisera, human sera from individuals with surgically confirmed hydatidosis, and sera from dogs naturally infected with E. granulosus. High levels of cross-reactivity were observed for all antigenic extracts, but especially for ES-Ag and S-Ag. Canine antibodies evidenced lesser avidity for their specific antigens than antibodies from human origin. The major antigenic components shared by HCF, S-Ag, and ES-Ag have apparent molecular masses of 4-6, 20-24, 52, 80, and 100-104 kDa, including doublets of 41/45, 54/57, and 65/68 kDa. Non-shared polypeptides of each antigenic extract of E. granulosus were identified, having apparent masses of 108 and 78 kDa for HCF, of 124, 94, 83, and 75 kDa for S-Ag, and of 89, 66, 42, 39, 37, and 35 kDa for ES-Ag.

Minimum distance estimation of stationary and non-stationary ARFIMA processes

A new parametric minimum distance time-domain estimator for ARFIMA processes is introduced in this paper. The proposed estimator minimizes the sum of squared correlations of residuals obtained after filtering a series through ARFIMA parameters. The estimator iseasy to compute and is consistent and asymptotically normally distributed for fractionallyintegrated (FI) processes with an integration order d strictly greater than -0.75. Therefore, it can be applied to both stationary and non-stationary processes. Deterministic components are also allowed in the DGP. Furthermore, as a by-product, the estimation procedure provides an immediate check on the adequacy of the specified model. This is so because the criterion function, when evaluated at the estimated values, coincides with the Box-Pierce goodness of fit statistic. Empirical applications and Monte-Carlo simulations supporting the analytical results and showing the good performance of the estimator in finite samples are also provided.

APOE status modulates the changes in network connectivity induced by brain stimulation in non-demented elders.

Behavioral consequences of a brain insult represent an interaction between the injury and the capacity of the rest of the brain to adapt to it. We provide experimental support for the notion that genetic factors play a critical role in such adaptation. We induced a controlled brain disruption using repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) and show that APOE status determines its impact on distributed brain networks as assessed by functional MRI (fMRI).Twenty non-demented elders exhibiting mild memory dysfunction underwent two fMRI studies during face-name encoding tasks (before and after rTMS). Baseline task performance was associated with activation of a network of brain regions in prefrontal, parietal, medial temporal and visual associative areas. APOE ε4 bearers exhibited this pattern in two separate independent components, whereas ε4-non carriers presented a single partially overlapping network. Following rTMS all subjects showed slight ameliorations in memory performance, regardless of APOE status. However, after rTMS APOE ε4-carriers showed significant changes in brain network activation, expressing strikingly similar spatial configuration as the one observed in the non-carrier group prior to stimulation. Similarly, activity in areas of the default-mode network (DMN) was found in a single component among the ε4-non bearers, whereas among carriers it appeared disaggregated in three distinct spatiotemporal components that changed to an integrated single component after rTMS. Our findings demonstrate that genetic background play a fundamental role in the brain responses to focal insults, conditioning expression of distinct brain networks to sustain similar cognitive performance.

Birth Weight, Working Memory and Epigenetic Signatures in IGF2 and Related Genes: A MZ Twin Study.

Neurodevelopmental disruptions caused by obstetric complications play a role in the etiology of several phenotypes associated with neuropsychiatric diseases and cognitive dysfunctions. Importantly, it has been noticed that epigenetic processes occurring early in life may mediate these associations. Here, DNA methylation signatures at IGF2 (insulin-like growth factor 2) and IGF2BP1-3 (IGF2-binding proteins 1-3) were examined in a sample consisting of 34 adult monozygotic (MZ) twins informative for obstetric complications and cognitive performance. Multivariate linear regression analysis of twin data was implemented to test for associations between methylation levels and both birth weight (BW) and adult working memory (WM) performance. Familial and unique environmental factors underlying these potential relationships were evaluated. A link was detected between DNA methylation levels of two CpG sites in the IGF2BP1 gene and both BW and adult WM performance. The BW-IGF2BP1 methylation association seemed due to non-shared environmental factors influencing BW, whereas the WM-IGF2BP1 methylation relationship seemed mediated by both genes and environment. Our data is in agreement with previous evidence indicating that DNA methylation status may be related to prenatal stress and later neurocognitive phenotypes. While former reports independently detected associations between DNA methylation and either BW or WM, current results suggest that these relationships are not confounded by each other.

Influence of PTPN2 and pre-existing immunity on the generation of effector and memory CD8 T cells

Notre système immunitaire joue un rôle important pour la protection envers les maladies infectieuses. Au cours d'une réponse à une infection primaire, des cellules B et des cellules T spécifiques, dirigées contre le pathogène en question, sont générées et certaines d'entre elles deviennent des cellules dites mémoires. Leur fonction est de nous protéger contre une nouvelle infection avec le même pathogène, une infection secondaire. Dans certaines situations, comme c'est par exemple le cas avec la grippe, les pathogènes ne sont pas toujours complètement identiques et les cellules mémoires ne sont pas à même d'assurer leur rôle protecteur et d'empêcher une réinfection. Pourtant, on ne sait à l'heure actuelle que très peu comment une immunité acquise, mais non protectrice, influence le développement d'une réponse immunitaire ultérieure. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié comment les cellules T mémoires cytotoxiques altèrent la réponse de cellules T cytotoxiques nouvellement induites. Au cours d'une réaction immunitaire dirigée contre une infection primaire, un vaste répertoire de lymphocytes T est créé, constitué de cellules T possédant divers degrés d'affinité pour le pathogène. Lors d'une infection secondaire, seules les cellules T ayant une forte affinité pour le pathogène participent à la réponse. Nous avons pu démontrer que ce phénomène de restriction du répertoire des cellules T est principalement causé par les cellules T mémoires qui sont à même de reconnaître un antigène pathogénique présent dans les deux infections. Dans un deuxième projet, nous avons étudié comment l'absence de PTPN2 influence la réponse des cellules T. Chez l'homme, une mutation dans le gène de PTPN2 est associée à des maladies auto-immunes et résulte en une activité réduite de cette phosphatase dans les lymphocytes T. Nous avons montré que la baisse d'activité de la phosphatase PTNP2 conduit à une meilleure expansion des cellules T ayant une qualité comparable à des cellules T auto-antigène spécifiques. De plus, nous avons observé que la survie de ces cellules T effectues ayant une phosphatase diminuée est nettement améliorée. Cela peut conduire à une réponse immunitaire plus efficace ou, éventuellement, à une pathologie auto-immune plus grave. En outre, nos résultats montrent qu'en manipulant l'activité de cette phosphatase, il est possible d'augmenter l'efficacité du transfert des cellules T dans un hôte receveur. Un tel transfert de cellules T est pratiqué chez des patients atteints de tumeurs. Nos travaux suggèrent que la manipulation de la phosphatase PTPN2 pourrait donc représenter une approche thérapeutique novatrice et prometteuse. -- Notre système immunitaire joue un rôle important pour la protection contre les maladies. Les cellules T CD8+ ont une importance primordiale pour le contrôle d'infections primaires causées par des virus ou bactéries, mais également contre certaines tumeurs. Par conséquent, mieux comprendre les exigences nécessaires à l'induction de bonnes réponses des cellules T CD8 pourrait nous permettre de construire des vaccins contre les pathogènes contre lesquels nous n'avons pour l'instant pas de vaccins mais aussi d'améliorer les réactions immunitaires dirigées anti-tumorales. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié l'influence qu'une immunité préexistante a sur la réponse des cellules T CD8. Nous sommes souvent exposés à des pathogènes qui sont similaires mais pas identiques à ceux que nous avons rencontrés auparavant. De telles infections hétérologues ne sont pas l'objet de beaucoup d'études et certains exemples indiquent même qu'une immunité préexistante partielle peut mener à une aggravation de la maladie. Nous avons étudié le répertoire des lymphocytes T CD8 qui sont générés lors d'une rencontre avec un nouvel antigène, et ce en comparant infection primaire et secondaire. En utilisant le modèle expérimental d'infections à Listeria monocytogenes, nous avons pu montrer que lors d'une infection primaire, un répertoire diversifié comprenant des cellules T CD8 de forte et faible affinité est constitué. Au contraire, dans le cas d'une infection secondaire, le répertoire des cellules T est fortement limité et seulement les lymphocytes T de forte affinité sont impliqués dans la réponse immunitaire. Nous avons pu démontrer que ces Rangements sont provoqués par des cellules T CD8 mémoires capables de reconnaître un antigène présent dans les deux infections. Cette augmentation du seuil d'activation des cellules effectrices est majoritairement causée par les lymphocytes T CD8 mémoires non transférables. Ces observations indiquent que les vaccins visant à induire des cellules T anti-tumorales de faible affinité seraient inefficaces si le vaccin contient des épitopes contre lesquels il existe une mémoire immunologique. Les réponses immunitaires conduites par les cellules T contre les antigènes tumoraux dépendent des cellules T CD8 de faible réactivité contre les antigènes tumoraux puisque les cellules à forte réactivité sont éliminées par les mécanismes de tolérance. Nous basant sur l'existence dans la littérature de preuves indiquant que PTPN2 influence la réponse des cellules T de faible affinité, nous nous sommes intéressés à comprendre comment PTPN2 impacte les réponses des cellules T CD8 en général. Nous avons remarqué que des cellules T CD8 déficientes en PTPN2 exhibent une meilleure capacité à proliférer suite à une faible ou courte stimulation du récepteur des lymphocytes T. La phase effectrice est prolongée et la contraction retardée résultant ainsi à globalement plus de cellules effectrices. Ce phénomène est également accompagné d'une meilleure survie des cellules effectrices de différentiation terminale. Une fois transférées dans un nouvel hôte receveur, les cellules effectrices terminales KLRG1+CD127- déficientes en phosphatase PTPN2 peuvent survivre et se transformer en cellules mémoires CD127+ fonctionnelles. De façon inattendue, nous avons découvert que l'élimination de PTPN2 améliore l'efficacité du transfert et la formation des cellules mémoires ainsi que leur capacité protectrice. Manipuler l'activité de cette phosphatase apparaît donc comme une approche intéressante et prometteuse pour la thérapie cellulaire par transfert adoptif de lymphocytes T. Nos observations montrent que la manipulation d'un facteur intrinsèque, l'absence de PTPN2, peut, dans certaines circonstances, améliorer la réponse des cellules T. Une meilleure connaissance des mécanismes contrôlant la réponse des lymphocytes T CD8 pourrait donc permettre la manipulation de ces derniers et conduire à des réponses immunitaires plus vigoureuses. Si ces réponses sont déclenchées par l'utilisation de vaccins, il est nécessaire de considérer l'historique d'une exposition préalable à des agents pathogènes ou à des vaccins puisque celle-ci peut, comme nous l'avons démontré, influencer le répertoire des cellules T recrutées dans la réponse immunitaire et, par conséquent, modifier l'aptitude de notre système immunitaire à faire face à une infection. -- Our immune system plays an important role in the protection from disease. CD8 T cells are critical for the control of primary infections with most viruses and certain bacteria as well as against some tumors. Therefore, better knowledge of CD8 T cell responses might enable us to generate vaccines against pathogens for which currently no vaccines are available or to improve anti-tumor immune responses. In the first part of this thesis we addressed the issue how previously acquired immunity impacts on the response of CD8 T cells. We are often exposed to pathogens that are related but not identical to the previously encountered ones. Such heterologous infections are not well studied and there are some indications that partial pre-existing immunity may in some cases even lead to an enhancement of disease. We specifically studied the T cell repertoire of CD8 T cells that are responding to a newly encountered antigen in secondary compared to primary infections. Using the experimental model of Listeria monocytogenes infections, we showed that in primary infections a wide repertoire including high and low affinity CD8 T cells is recruited into the immune response. In contrast to this, in secondary infections, the T cell repertoire is severely restricted and only T cells of high affinity are responding. We were able to pinpoint this difference to the presence of memory CD8 T cells that recognize an antigen that is shared between the two subsequent infections. This increase in the activation threshold was most effectively mediated via non-transferable memory CD8 T cells. This would argue that vaccines targeting low affinity tumor-specific T cells would fail if the vaccine contains previously encountered CD8 T cell epitopes. T cell mediated immune responses to tumor antigen rely often on T cells which weakly react to tumor antigen as high affinity T cells are eliminated by tolerance mechanisms. Following indication in the literature that PTPN2 impacts on the response of such weakly antigen-reactive T cells, we investigated how PTPN2 impacts in general the response of CD8 T cells. We observed that CD8 T cells lacking PTPN2 show an enhanced expansion following weak or short-term T cell receptor stimulation. The effector phase is prolonged and contraction delayed thus resulting in overall more effector cells. This is accompanied by a better survival of terminal effector cells. When transferred into new recipients, KLRG1+CD127- terminal effector cells lacking PTPN2 can survive and convert into CD127+ functional memory cells. Surprisingly, we discovered that elimination of PTPN2 enhances the transfer efficacy and formation of memory cells as well as the protective capacity. Targeting PTPN2 might thus be a promising approach for adoptive T cell therapy. Our observations show how the manipulation of an intrinsic factor, the absence of PTPN2, can enhance T cell responses under certain circumstances. A better understanding of underlying mechanisms for the control of CDS T cell responses might enable the manipulation of these and allow for more powerful responses. If these responses are induced through vaccines it is imperative that the previous history of exposure to pathogens or vaccines is considered as it can, as we have shown in this thesis, influence the recruited T cell repertoire and thus possibly the ability to handle the infection.

Long-term social recognition memory in adult male rats: factor analysis of the social and non-social behaviors

A modified version of the intruder-resident paradigm was used to investigate if social recognition memory lasts at least 24 h. One hundred and forty-six adult male Wistar rats were used. Independent groups of rats were exposed to an intruder for 0.083, 0.5, 2, 24, or 168 h and tested 24 h after the first encounter with the familiar or a different conspecific. Factor analysis was employed to identify associations between behaviors and treatments. Resident rats exhibited a 24-h social recognition memory, as indicated by a 3- to 5-fold decrease in social behaviors in the second encounter with the same conspecific compared to those observed for a different conspecific, when the duration of the first encounter was 2 h or longer. It was possible to distinguish between two different categories of social behaviors and their expression depended on the duration of the first encounter. Sniffing the anogenital area (49.9% of the social behaviors), sniffing the body (17.9%), sniffing the head (3%), and following the conspecific (3.1%), exhibited mostly by resident rats, characterized social investigation and revealed long-term social recognition memory. However, dominance (23.8%) and mild aggression (2.3%), exhibited by both resident and intruders, characterized social agonistic behaviors and were not affected by memory. Differently, sniffing the environment (76.8% of the non-social behaviors) and rearing (14.3%), both exhibited mostly by adult intruder rats, characterized non-social behaviors. Together, these results show that social recognition memory in rats may last at least 24 h after a 2-h or longer exposure to the conspecific.

Réponse auditive oscillatoire chez le non-voyant : investigation par magnétoencéphalographie

Les personnes non-voyantes montrent dans les différents aspects de leurs vies qu’elles sont capables de s’adapter à la privation visuelle en utilisant les capacités intactes comme l’ouï ou le toucher. Elles montrent qu’elles peuvent bien évoluer dans leur environnement en absence de vision et démontrent même des fois des habiletés supérieures à celles des personnes voyantes. La recherche de ces dernières décennies s’est beaucoup intéressée aux capacités adaptatives des non-voyants surtout avec l’avènement des nouvelles techniques d’imagerie qui ont permis d’investiguer des domaines qui ne l’étaient pas ou l’étaient difficilement avant. Les capacités supérieures des non voyants dans l’utilisation plus efficace des informations auditives et tactiles semblent avoir leur base neuronale dans le dans le cortex visuel désafférenté, qui continu à être fonctionnel après la privation sensorielle et s’en trouve recruté pour le traitement de stimulations dites intermodales : auditives, tactiles et même montre une implication dans des processus de plus haut niveau, comme la mémoire ou le langage. Cette implication fonctionnelle intermodale résulte de la plasticité du cortex visuel c'est-à-dire sa capacité à changer sa structure, sa fonction et d’adapter ses interactions avec les autres systèmes en l’absence de vision. La plasticité corticale n’est pas exclusive au cortex visuel mais est un état permanent de tout le cerveau. Pour mesurer l’activité du cortex visuel des non voyants, une mesure d’excitabilité de ses neurones consiste à mesurer le temps de recouvrement de l’onde N1 en potentiels évoqués, qui est plus rapide chez les non voyants dans la modalité auditive. En effet, les réponses en potentiels et champs évoqués ont été utilisés en EEG/MEG pour mettre en évidence des changements plastiques dans le cortex visuel des non-voyants pour le traitement de stimuli dans les modalités auditives et tactiles. Ces réponses étaient localisées dans les régions postérieures chez les non voyants contrairement aux contrôles voyants. Un autre type de réponse auditive a reçu moins d’intérêt dans la recherche concernant la réorganisation fonctionnelle en relation avec la privation sensorielle, il s’agit de la réponse auditive oscillatoire (Auditory Steady-State Response ASSR). C’est une réponse qui a l’avantage d’osciller au rythme de stimulation et d’être caractérisé par une réponse des aires auditives étiquetée à la fréquence de stimulation. Cette étiquette se présente sous la forme qu’un pic d’énergie spectrale important qui culmine aux fréquences présentes dans la stimulation. Elle a également l’avantage d’être localisée dans les régions auditives primaires, de là tout changement de localisation de cette réponse chez des non voyants en faveur des régions visuelles pourrait être considéré comme une évidence de la réorganisation fonctionnelle qui s’opère après une privation sensorielle précoce. Le but de cette thèse est donc d’utiliser la réponse oscillatoire à l’écoute des sons modulés en amplitude (MA) pour mettre en évidence les corrélats de la réorganisation fonctionnelle dans le cortex visuel des non-voyants précoces. La modulation de la réponse auditive dans les régions visuelles nous permettra de montrer qu’une réorganisation est possible chez les non-voyants pour ce traitement intermodal. La première étude est une validation du paradigme expérimental «frequency tagged sounds». Il s’agit de montrer qu’une tâche de détection de changement dans la stimulation, permet de moduler la réponse ASSR aux sons modulés en amplitude en vue de l’utiliser dans les études chez les non voyants et dans les conditions d’une privation visuelle transitoire (avec les yeux bandés). Un groupe de sujets voyants ont réalisé une tâche de détection de changement dans la stimulation les yeux ouverts dans deux conditions : écoute active qui consiste à détecter un changement dans la fréquence porteuse de la modulation en appuyant avec l’index droit sur un bouton de réponse et une condition d’écoute passive. Les sons étaient présentés en écoute monaurale et dichotique. Les résultats ont montré une différence significative à l’occurrence du changement dans la stimulation en écoute dichotique seulement. Les schémas de plus grande réponse controlatérale et de suppression binaurale décrit dans la littérature ont été confirmés. La deuxième étude avait pour but de mettre en évidence une réorganisation rapide de la réponse ASSR chez un groupe de sujets voyants dans les conditions de privation visuelle transitoire de courte durée, par bandage des yeux pendant six heures. Le même protocole expérimental que la première étude a été utilisé en écoute active seulement. Les résultats montrent que dans ces conditions une modulation de la réponse corticale en écoute dichotique dans les régions visuelles est possible. Ces sources d’activité occipitale adoptent une propriété du cortex auditif qui est le battement binaural, c'est-à-dire l’oscillation de la réponse ASSR à la différence des fréquences présentées dans chaque oreille. Cet effet est présent chez la moitié des sujets testés. La représentation corticale des sources occipitales évolue durant la période de privation et montre un déplacement des sources d’activité dans la direction antéropostérieure à la fin de la période de privation. La troisième étude a permis de comparer le traitement de la réponse ASSR dans un groupe de non-voyants congénitaux à un groupe de voyants contrôles, pour investiguer les corrélats de la réorganisation fonctionnelle de cette réponse après une privation sensorielle de longue durée c'est-à-dire chez des non voyants congénitaux. Les résultats montrent des différences significatives dans la représentation spectrale de la réponse entre les deux groupes avec néanmoins des activations temporales importantes aussi bien chez les non voyants que chez les contrôles voyants. Des sources distribuées ont été localisées dans les régions associatives auditives dans les deux groupes à la différence des non voyants où il y avait en plus l’implication des régions temporales inférieures, connues comme étant activées par la vision des objets chez les voyants et font partie de la voie visuelle du quoi. Les résultats présentés dans le cadre de cette thèse vont dans le sens d’une réorganisation rapide de la réponse auditive oscillatoire après une privation visuelle transitoire de courte durée par l’implication des régions visuelles dans le traitement de la réponse ASSR par l’intermédiaire du démasquage de connections existantes entre le cortex visuel et le cortex auditif. La privation visuelle de longue durée, elle conduit à des changements plastiques, d’une part intra modaux par l’extension de l’activité aux régions temporales supérieures et médianes. D’autre part, elle induit des changements inter modaux par l’implication fonctionnelle des régions temporales inférieures visuelles dans le traitement des sons modulés en amplitude comme objets auditifs alors qu’elles sont normalement dédiées au traitement des objets visuels. Cette réorganisation passe probablement par les connections cortico-corticales.

Étude intracrânienne sur les mécanismes cérébraux permettant la reconnaissance d’objets

La reconnaissance d’objets est une tâche complexe au cours de laquelle le cerveau doit assembler de manière cohérente tous les éléments d’un objet accessible à l’œil afin de le reconnaître. La construction d’une représentation corticale de l’objet se fait selon un processus appelé « bottom-up », impliquant notamment les régions occipitales et temporales. Un mécanisme « top-down » au niveau des régions pariétales et frontales, facilite la reconnaissance en suggérant des identités potentielles de l’objet à reconnaître. Cependant, le mode de fonctionnement de ces mécanismes est peu connu. Plusieurs études ont démontré une activité gamma induite au moment de la perception cohérente de stimuli, lui conférant ainsi un rôle important dans la reconnaissance d’objets. Cependant, ces études ont utilisé des techniques d’enregistrement peu précises ainsi que des stimuli répétitifs. La première étude de cette thèse vise à décrire la dynamique spatio-temporelle de l’activité gamma induite à l’aide de l’électroencéphalographie intracrânienne, une technique qui possède des résolutions spatiales et temporelles des plus précises. Une tâche d’images fragmentées a été conçue dans le but de décrire l’activité gamma induite selon différents niveaux de reconnaissance, tout en évitant la répétition de stimuli déjà reconnus. Afin de mieux circonscrire les mécanismes « top-down », la tâche a été répétée après un délai de 24 heures. Les résultats démontrent une puissante activité gamma induite au moment de la reconnaissance dans les régions « bottom-up ». Quant aux mécanismes « top-down », l’activité était plus importante aux régions occipitopariétales. Après 24 heures, l’activité était davantage puissante aux régions frontales, suggérant une adaptation des procédés « top-down » selon les demandes de la tâche. Très peu d’études se sont intéressées au rythme alpha dans la reconnaissance d’objets, malgré qu’il soit bien reconnu pour son rôle dans l’attention, la mémoire et la communication des régions neuronales distantes. La seconde étude de cette thèse vise donc à décrire plus précisément l’implication du rythme alpha dans la reconnaissance d’objets en utilisant les techniques et tâches identiques à la première étude. Les analyses révèlent une puissante activité alpha se propageant des régions postérieures aux régions antérieures, non spécifique à la reconnaissance. Une synchronisation de la phase de l’alpha était, quant à elle, observable qu’au moment de la reconnaissance. Après 24 heures, un patron similaire était observable, mais l’amplitude de l’activité augmentait au niveau frontal et les synchronies de la phase étaient davantage distribuées. Le rythme alpha semble donc refléter des processus attentionnels et communicationnels dans la reconnaissance d’objets. En conclusion, cette thèse a permis de décrire avec précision la dynamique spatio-temporelle de l’activité gamma induite et du rythme alpha ainsi que d’en apprendre davantage sur les rôles potentiels que ces deux rythmes occupent dans la reconnaissance d’objets.

Safe Distributed Coordination of Heterogeneous Robots through Dynamic Simple Temporal Networks

Research on autonomous intelligent systems has focused on how robots can robustly carry out missions in uncertain and harsh environments with very little or no human intervention. Robotic execution languages such as RAPs, ESL, and TDL improve robustness by managing functionally redundant procedures for achieving goals. The model-based programming approach extends this by guaranteeing correctness of execution through pre-planning of non-deterministic timed threads of activities. Executing model-based programs effectively on distributed autonomous platforms requires distributing this pre-planning process. This thesis presents a distributed planner for modelbased programs whose planning and execution is distributed among agents with widely varying levels of processor power and memory resources. We make two key contributions. First, we reformulate a model-based program, which describes cooperative activities, into a hierarchical dynamic simple temporal network. This enables efficient distributed coordination of robots and supports deployment on heterogeneous robots. Second, we introduce a distributed temporal planner, called DTP, which solves hierarchical dynamic simple temporal networks with the assistance of the distributed Bellman-Ford shortest path algorithm. The implementation of DTP has been demonstrated successfully on a wide range of randomly generated examples and on a pursuer-evader challenge problem in simulation.