Recalibrage subjectif et oscillations delta endogènes chez l'homme

Subjective recalibration and endogenous delta oscillations in humans

• Auteur / Autrice : Harish Kumar Nattamai Gunasekaran
• Direction : Virginie Van Wassenhove, Sophie Herbst
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences cognitives
• Date : Soutenance le 28/06/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Neuroimagerie cognitive (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Mamassian
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Kosem
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Giersch, Thomas Hinault

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neurosciences cognitives

Perception du temps

Mots clés libres

Recalibrage temporel

Adaptation au décalage

Jugement de l'ordre temporel

Attention sélective

Simultanéité subjective

Oscillations endogènes

Temporal recalibration

Lag-Adaptation

Temporal order judgment

Selective attention

Subjective simultaneity

Endogenous oscillations

Résumé

Le codage de la chronologie des événements audiovisuels dans le cerveau est essentiel pour construire une représentation cohérente et unifiée du monde extérieur. On ne sait pas exactement comment le cerveau compense les différences de temps entre les vitesses de la lumière et du son, les retards des circuits locaux de transduction et de codage au niveau des appareils sensoriels tels que la cochlée et la rétine, et les retards de conduction au niveau des cortex primaires. Auparavant, il a été suggéré que le cerveau tente d'ajuster la simultanéité audiovisuelle par des mécanismes de recalibrage adaptatif. Depuis lors, de nombreuses études ont été menées pour comprendre le recalibrage temporel dans les autres modalités sensorielles et sensori-motrices. Peu d'études ont examiné les corrélats neuronaux du recalibrage à l'aide d'expériences M/EEG et ont trouvé les marqueurs indexés dans les potentiels liés à l'événement (PFE) ainsi que dans la phase des oscillations neuronales. A notre connaissance, cependant, deux aspects importants manquent dans la littérature : le rôle de la variabilité inter-sujet (c'est-à-dire la subjectivité) dans la simultanéité perçue et les mécanismes attentionnels ou "l'effet d'entrée préalable" pendant la recalibration. À cette fin, cette thèse étudie le rôle de la variabilité inter-sujets (iPSS) et de l'attention sélective dans un phénomène de recalibration temporelle audio-visuelle chez l'homme en menant deux expériences comportementales (n = 23 et n = 27). Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai poursuivi l'étude des mécanismes neuronaux à l'origine du phénomène de recalibration temporelle en utilisant la magnétoencéphalographie (MEG). J'ai émis l'hypothèse que les oscillations neuronales endogènes, en particulier les oscillations delta à basse fréquence (1 - 3 Hz), seraient à l'origine du phénomène de recalibrage temporel. Comme le montre la littérature, il est cependant difficile de conclure à l'existence d'oscillations delta endogènes en présence de signaux d'entrée périodiques, qui entraînent passivement une activité cérébrale conduisant à une puissance plus élevée dans la même gamme de fréquences. À cette fin, j'ai analysé un ensemble de données MEG (n = 18) dans trois conditions : repos, tapotement moteur et comptage interne, recueillies dans le cadre d'un protocole différent (Azizi et al., 2021). Ces conditions ont été choisies parce qu'elles sont dépourvues de stimulation externe, mais varient dans la quantité de rythmicité interne avec un argument selon lequel les comportements rythmiques pourraient inciter un oscillateur neuronal autrement silencieux. En résumé, ce travail de thèse a abordé séparément les éléments manquants trouvés dans la littérature sur le recalibrage temporel ainsi que dans les oscillations neuronales en menant des expériences comportementales et en analysant les données MEG à l'aide de méthodes avancées de traitement du signal.

The encoding of audio-visual event timing in the brain is crucial to build a coherent and unified representation of the external world. It is not clear how the brain compensates for the timing differences in the speeds of light and sound, local transduction and coding circuitry delays at the sensory apparatuses such as cochlea and retina, and the conduction delays made at the primary cortices. Previously, it has been suggested that the brain attempts to adjust its audiovisual simultaneity by adaptive recalibration mechanisms. Since then many studies were carried out to understand the temporal recalibration in the other sensory and sensory-motor modalities. Few studies have investigated the neural correlates of recalibration using M/EEG experiments and found the markers indexed in the event related potentials (ERPs) as well as in the phase of neural oscillations. To our knowledge, however, two important aspects are missing in the literature: the role of inter-subject variability (i.e., subjectivity) in perceived simultaneity and the attentional mechanisms or the ‘prior-entry effect’ during recalibration. To this end, this thesis investigates the role of inter-subject variability (iPSS) and selective attention in an audio-visual temporal recalibration phenomenon in humans by conducting two behavioral experiments (n = 23 and n = 27). In the second part of my thesis, I went on further to investigate the neural mechanisms behind temporal recalibration phenomenon using magnetoenchepahalogrpahy (MEG). I had an hypothesis that the endogenous neural oscillations, in particular the low frequency (1 - 3 Hz) delta oscillations, would mediate the temporal recalibration phenomenon. As shown in the literature it is, however, difficult to conclude on the existence of endogenous delta oscillations in the presence of periodic input signals, which passively drive brain activity leading to higher power in the same frequency range. To this end, I had analyzed a set of MEG data (n = 18) with three conditions such as resting, motor tapping and internal counting, collected in the context of a different protocol (Azizi et al., 2021). These conditions were chosen since they are devoid of external stimulation, yet vary in the amount of internal rhythmicity with an argument that rhythmic behaviors could incite an otherwise silent neural oscillator. In sum, this thesis work has addressed separately the missing pieces found in the literature of temporal recalibration as well as in neural oscillations by conducting behavioral experiments and analyzing the MEG data using advanced signal processing methods.