Frontal contributions to conscious visual perception through causal manipulation of brain rhythms

par Chloé Stengel

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Antoni Valero Cabré.

Le président du jury était Rachel Sherrard.

Le jury était composé de Laura Dugué, Til Ole Bergmann.

Les rapporteurs étaient Gregor Thut, Vincenzo Romei.

  • Titre traduit

    Contributions frontales à la perception visuelle consciente au moyen de la manipulation causale des rythmes cérébraux


  • Résumé

    Les oscillations corticales sous-tendent une grande variété de fonctions cognitives. Notamment, un rôle causal des oscillations beta-hautes dans le champ oculomoteur frontal (en anglais : FEF) droit pour l’orientation de l’attention et la facilitation de la perception a été solidement démontré. Cependant, pour la même région dans l’hémisphère gauche, il a été récemment suggéré que le bruit neuronal (càd une activité neuronale non prédictible), et non les oscillations, pourrait améliorer le traitement des stimuli sensoriels faibles et leur perception. Nous utilisons la Stimulation Magnétique Transcranienne (SMT) pour entrainer des oscillations à 30 Hz ou bien moduler le niveau de bruit neuronal dans les FEF droit et gauche et nous enregistrons les signaux EEG de sujets sains réalisant une tâche de détection consciente. Dans l’hémisphère droit, nous montrons que des rafales rythmiques de SMT accroissent la synchronisation locale et inter-régionale des oscillations beta-hautes et apportons des preuves d’un rôle causal ces oscillations dans la perception visuelle. Dans l’hémisphère gauche, nous montrons que des rafales arythmiques de SMT augmentent le niveau de bruit neuronal dans la totalité du réseau de l’attention. Enfin, nous montrons que ces effets sont causés par la stimulation corticale directe et non par la stimulation auditive associée à la décharge d’impulsions de SMT. Nous reportons seulement des effets non-spécifiques de la stimulation auditive sur la prise de décision perceptuelle ou l’activité dans le cortex auditif. Ces résultats contribuent à une meilleure compréhension des stratégies de codage neuronal dans le réseau bilatéral de l’orientation de l’attention.


  • Résumé

    Cortical oscillatory activity has been shown to subtend a wide variety of cognitive processes. In particular, there is strong evidence for a causal role of high-beta (30 Hz) oscillations in the right Frontal Eye Field (FEF) for the orientation of attention and the facilitation of perception. However, for the same area in the left hemisphere, recent evidence has suggested that another pattern of brain activity: neuronal noise, i.e. unpredictable neuronal activity, could enhance processing of weak sensory stimuli and be needed to improve conscious detection. We use Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) to either entrain high-beta cortical oscillations or modulate neuronal noise level in the left and right FEFs and we record electrophysiological signals of healthy subjects performing a visual detection at threshold task.We show, in the right hemisphere, that rhythmic patterns of TMS increase high-beta local and inter-regional synchronization in fronto-parietal regions and bring strong evidence for a causal role of high-beta oscillations for conscious visual perception. In the left hemisphere, we show that arrhythmic or irregular patterns of TMS increase neuronal noise throughout the attention network. Lastly, we show that these effects are caused by direct cortical stimulation and cannot be generated by the clicking sounds associated with the discharge of TMS pulses. We report only non-specific effects of the auditory stimulation on perceptual decision-making and activity in the auditory cortex. These findings contribute to a better understanding of coding strategies in the bilateral network for attention orienting and the specific and non-specific effects of TMS.


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