Cortical oscillations as temporal reference frames for perception

par Anne Kosem

Thèse de doctorat en Neurosciences Cognitives

Sous la direction de Christophe Pallier et de Virginie van Wassenhove.

Soutenue le 27-03-2014

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris) .

Le jury était composé de À renseigner Van Rullen, À renseigner Jensen, À renseigner Van Wassenhove, À renseigner George, À renseigner Tallon-Baudry, À renseigner Poeppel, À renseigner Waszak.

  • Titre traduit

    Les oscillations corticales comme référentiels du temps perçu


  • Résumé

    La perception explicite du temps écoulé (la durée, l'ordre temporel¿) et les jugements implicites des dynamiques de notre environnement (percevoir le mouvement, la parole) nécessitent l'extraction des relations temporelles entre événements sensoriels. Alors que le temps physique est communément évalué en rapport à un référentiel externe (celui de l'horloge), le cerveau lui n'a pas accès à ce référentiel. Dans cette thèse, nous émettons l'hypothèse que le cerveau génère son propre référentiel temporel à partir des dynamiques neurales. Combinant la magnétoencéphalographie (MEG) aux données psychophysiques, les présents travaux suggèrent que les oscillations corticales sont impliquées dans l'encodage du temps perçu. Une première étude montre que la phase des oscillations corticales basse-fréquences peut encoder l'ordre temporel perçu entre événements sensoriels s'il y a entrainement neural, i.e. si l'activité cérébrale suit les régularités temporelles de la stimulation. L'implication des oscillations cérébrales en l'absence d'entrainement est testée dans une seconde expérience. Les résultats d'une troisième expérience suggèrent que l'entrainement neural n'a d'influence sur le traitement temporel des informations multisensorielles qu'à basse fréquence (1-2 Hz). Un dernier chapitre aborde le rôle de l'entrainement neural dans l'encodage des dynamiques du signal acoustique pour la perception de la parole. En conclusion, cette thèse suggère que le cerveau est capable de suivre la structure temporelle du monde extérieur, et que cet ajustement permet la construction d'un référentiel temporel interne pour la perception explicite et implicite du temps.


  • Résumé

    The timing of sensory events is a crucial perceptual feature, which affects both explicit judgments of time (e.g. duration, temporal order) and implicit temporal perception (e.g. movement, speech). Yet, while the relative external timing between events is commonly evaluated with a clock in physics, the brain does not have access to this external reference. In this dissertation, we tested the hypothesis that the brain should recover the temporal information of the environment from its own dynamics. Using magnetoencephalography (MEG) combined with psychophysics, the experimental work suggests the involvement of cortical oscillations in the encoding of timing for perception. In the first part of this dissertation, we established that the phase of low-frequency cortical oscillations could encode the explicit timing of events in the context of entrainment, i.e. if neural activity follows the temporal regularities of the stimulation. The implications of brain oscillations for the encoding of timing in the absence of external temporal regularities were investigated in a second experiment. Results from a third experiment suggest that entrainment does only influence audiovisual temporal processing when bound to low-frequency dynamics in the delta range (1-2 Hz). In the last part of the dissertation, we tested whether oscillations in sensory cortex could also ‘tag’ the timing of acoustical features for speech perception. Overall, this thesis provides evidence that the brain is able to tune its timing to match the temporal structure of the environment, and that such tuning may be crucial to build up internal temporal reference frames for explicit and implicit timing perception.


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