Academic literature on the topic 'Synchronisation sensorielle'

L'observation d'une synchronisation entre les systèmes locomoteur et respiratoire soulève de nombreuses questions concernant son utilité fonctionnelle pour l'organisme et les contraintes susceptibles de moduler son apparition. A l'heure actuelle, des contradictions subsistent dans les réponses apportées à ces interrogations, notamment en raison de la multiplicité des méthodes employées pour l'étude de ce phénomène. La théorie des oscillateurs couplés, et plus particulièrement le modèle de la sine circle map, nous permet de rendre compte de façon précise des relations de couplage entre les systèmes locomoteur et respiratoire. Les objectifs de ce travail de thèse sont de renforcer la validité de l'utilisation de ce modèle pour l'étude du couplage locomotion-respiration (CLR), d'examiner le lien entre le CLR et la performance sportive, ainsi qu'identifier les contraintes influençant les relations de couplage entre ces deux systèmes. Dans des tâches de pédalage ou de course à pied, les participants avaient pour consigne ou non de synchroniser leur locomotion ou leur respiration avec une stimulation auditive dont le tempo correspondait à leurs fréquences préférentielles (locomotrice ou respiratoire). Nos résultats montrent l'efficacité du rythme auditif pour induire une stabilisation du CLR, indépendamment de la consigne donnée aux participants et du système rythmé. Ces résultats révèlent une bidirectionnalité dans le couplage entre les systèmes locomoteur et respiratoire. De plus, nous mettons en évidence une forte corrélation entre le gain de stabilité entre les deux systèmes et le gain de consommation d'oxygène (i.e., diminution). Par conséquent, la stabilité du CLR est un facteur important à prendre en compte pour la performance sportive. Nous rapportons également une déstabilisation du CLR lors de l'éloignement d'un des deux systèmes de sa fréquence préférentielle. Ce résultat suggère l'adoption spontanée par les individus d'une synchronisation optimale entre les deux systèmes. Ainsi, il semble primordial de présenter une stimulation adaptée à chacun et adaptable aux changements de fréquences locomotrice ou respiratoire imposés par les contraintes de la tâche. Pris ensemble, nos résultats permettent une meilleure compréhension de l'évolution du CLR face aux contraintes qui lui sont imposées (e.g., fréquences locomotrice ou respiratoire, rythme auditif, modalité d'exercice) et mettent en évidence l'influence positive de sa stabilité sur la performance sportive. Nous rapportons également l'efficacité d'une stimulation visuelle pour apprendre à mieux gérer les ressources énergétiques au cours de l'effort. Ainsi, ce travail ouvre des perspectives de travaux sur l'utilisation d'une stimulation auditive ou visuelle, simple (e.g., métronome) ou complexe (e.g., musique, avatar), dans le cadre de l'entraînement et de l'amélioration de la performance sportive
The natural synchronization between locomotor and respiratory systems raises many questions regarding its functional utility for the organism, as well as constraints that may modulate its appearance. Currently, contradictions remain in answers provided to these issues, especially because of the multiple methods used to study this phenomenon. The theory of coupled oscillators, and more specifically the sine circle map model, allows to accurately assess the coupling between locomotor and respiratory systems. This work aims at strengthening the validity of the use of this model for the study of locomotor-respiratory coupling (LRC), examining the relationship between LRC and sport performance, as well as identifying the constraints influencing the coupling between both systems. In pedalling or running tasks, participants were instructed or not to synchronize their locomotion or their breathing with an auditory rhythm which tempo matched their preferred frequencies (locomotor or respiratory). Our results show the effectiveness of auditory rhythm to induce stabilization of LRC, regardless of the instructions given to participants and the system paced. These results reflect a bidirectionality in the coupling between the locomotor and respiratory systems. Furthermore, we show a strong correlation between the increase in stability between the two systems and the gain in oxygen consumption (i.e., decrease). Therefore, the stability of LRC is an important factor to consider for sport performance. We also report a destabilization of LRC when one of the two systems is far off its preferred frequency. This result suggests that individuals spontaneously adopt an optimum synchronization between the two systems. Thus, it seems important to use a customized suitable stimulation that could be able to adapt its tempo to changes in locomotor or respiratory frequencies imposed by the constraints of the task. Overall, our results provide a better understanding of the evolution of LRC when confronted to constraints (e.g., locomotor or respiratory frequencies, auditory rhythm, exercise modality) and highlight the positive impact of its stability on sport performance. We also report the effectiveness of a visual stimulation to learn how to better manage energy resources during effort. Thus, this work opens perspectives on the use of auditory or visual stimuli, simple (e.g., metronome) or complex (e.g., music, avatar), for training and performance enhancement

Ce travail de recherche s’inspire de l’approche d’énaction élaborée par F.-J Varela lorsqu’il développa sa théorie de la cognition incarnée. Pour qu’une propriété cognitive soit incarnée, il faut que l’organisme vivant s’engage perceptivement dans un processus dynamique avec le monde environnant. Afin de développer les moyens musicaux pour motiver les auditeurs à s’approprier leurs expériences vécues, nous proposons le terme « d’espace sensible » dans le but d’articuler le jeu d’écoute musicale et de l’expérience inter-sensorielle et corporelle. Cette dernière consiste en l’expérience d’interaction sensorielle entre l’extéroception et la proprioception. De même, nous spécifions l’expérience corporelle sur ses deux aspects : le corps physique et le corps virtuel – leschéma corporel et l’image du corps. La relation inharmonieuse de ces deux aspects du corps entraînera chez un sujet-percevant une tension, voire une souffrance, physique et psychique. Pour entraîner le sujet-percevant à prendre conscience de cette discordance, différentes méthodes de rééducation somatique sont développées. Dans ce contexte, émettons l’hypothèse que l’utilisation de dispositifs musicaux interactifs peut contribuer à l’exploration de l’espace sensible et ainsi exercer un impact bénéfique dans le cadre de la rééducation somatique. Les moyens de démonstration consistent en la construction et le test de protocoles de jeux d’écoute, à exposer le public à des dispositifs multimédia interactifs ainsi que l’étude de cas propre aux enfants atteints d’autisme. Nous nous approprions plusieurs techniques pour mettre en place des dispositifs musicaux interactifs : l’improvisation collaborative, la synchronisation spontanée de la posture et du mouvement corporel, l’empathie kinesthésique réciproque. Enfin, nous mettons en évidence les effets bénéfiques de l’introduction des dispositifs musicaux numériques dans le cadre du soin somatique. A la vue de ces résultats expérimentaux, nous sommes autorisés à affirmer que l’exploration de l’écoute peut avoir un impact bénéfique dans un contexte de rééducation somatique à condition que l’écoute soit en acte et vécue musicalement
This research was inspired by the enactive approach elaborated by F.-J Varelawhen he developed the embodied cognition theory; a living organism has to be involved physically and perceptually in a dynamic process with its surrounding environment so that a cognitive property can be embodied. To develop musical possibilities to motivate the listeners to appropriate their real life experiences, we are proposing the term "sensitive space" to articulate two practices of inter-sensory and physical experience : gameplay of musical listening and somatic exercise. This inter-sensory experience consists of the sensory interaction between exteroception and proprioception. We also focus on two specific aspects of this physical experience: the physical body and the virtual body - the body schema and the body image. The inharmonious relation of these two aspects will lead to a tension, sometimes to physical and psychic pain. To help the perceiving subject to become aware of this conflict, various somatic techniques are developed. We emit the hypothesis that the use of interactive musical devices can contribute to the exploration of the sensitive space, and thus bring a beneficial impact in somatic learning and rehabilitation. Several ways of demonstrating are: 1) the construction and tests of listening gameplay protocols, 2) the public exhibition of interactive multimedia devices 3) the case study on children affected by autism. We use different techniques to set up interactive musical devices: collective improvisation, spontaneous synchronization of the posture or the physical movement, kinesthetic empathy, etc. Finally, we highlight the beneficial aspects of introducing the interactive musical devices within the framework of healthcare. With these experimental results, we can then assert that the exploration of musical listening can have a beneficial impact in the context of somatic learning, on the condition that the listening is an act and lived musically

Ce travail de recherche s’inspire de l’approche d’énaction élaborée par F.-J Varela lorsqu’il développa sa théorie de la cognition incarnée. Pour qu’une propriété cognitive soit incarnée, il faut que l’organisme vivant s’engage perceptivement dans un processus dynamique avec le monde environnant. Afin de développer les moyens musicaux pour motiver les auditeurs à s’approprier leurs expériences vécues, nous proposons le terme « d’espace sensible » dans le but d’articuler le jeu d’écoute musicale et de l’expérience inter-sensorielle et corporelle. Cette dernière consiste en l’expérience d’interaction sensorielle entre l’extéroception et la proprioception. De même, nous spécifions l’expérience corporelle sur ses deux aspects : le corps physique et le corps virtuel – leschéma corporel et l’image du corps. La relation inharmonieuse de ces deux aspects du corps entraînera chez un sujet-percevant une tension, voire une souffrance, physique et psychique. Pour entraîner le sujet-percevant à prendre conscience de cette discordance, différentes méthodes de rééducation somatique sont développées. Dans ce contexte, émettons l’hypothèse que l’utilisation de dispositifs musicaux interactifs peut contribuer à l’exploration de l’espace sensible et ainsi exercer un impact bénéfique dans le cadre de la rééducation somatique. Les moyens de démonstration consistent en la construction et le test de protocoles de jeux d’écoute, à exposer le public à des dispositifs multimédia interactifs ainsi que l’étude de cas propre aux enfants atteints d’autisme. Nous nous approprions plusieurs techniques pour mettre en place des dispositifs musicaux interactifs : l’improvisation collaborative, la synchronisation spontanée de la posture et du mouvement corporel, l’empathie kinesthésique réciproque. Enfin, nous mettons en évidence les effets bénéfiques de l’introduction des dispositifs musicaux numériques dans le cadre du soin somatique. A la vue de ces résultats expérimentaux, nous sommes autorisés à affirmer que l’exploration de l’écoute peut avoir un impact bénéfique dans un contexte de rééducation somatique à condition que l’écoute soit en acte et vécue musicalement
This research was inspired by the enactive approach elaborated by F.-J Varelawhen he developed the embodied cognition theory; a living organism has to be involved physically and perceptually in a dynamic process with its surrounding environment so that a cognitive property can be embodied. To develop musical possibilities to motivate the listeners to appropriate their real life experiences, we are proposing the term "sensitive space" to articulate two practices of inter-sensory and physical experience : gameplay of musical listening and somatic exercise. This inter-sensory experience consists of the sensory interaction between exteroception and proprioception. We also focus on two specific aspects of this physical experience: the physical body and the virtual body - the body schema and the body image. The inharmonious relation of these two aspects will lead to a tension, sometimes to physical and psychic pain. To help the perceiving subject to become aware of this conflict, various somatic techniques are developed. We emit the hypothesis that the use of interactive musical devices can contribute to the exploration of the sensitive space, and thus bring a beneficial impact in somatic learning and rehabilitation. Several ways of demonstrating are: 1) the construction and tests of listening gameplay protocols, 2) the public exhibition of interactive multimedia devices 3) the case study on children affected by autism. We use different techniques to set up interactive musical devices: collective improvisation, spontaneous synchronization of the posture or the physical movement, kinesthetic empathy, etc. Finally, we highlight the beneficial aspects of introducing the interactive musical devices within the framework of healthcare. With these experimental results, we can then assert that the exploration of musical listening can have a beneficial impact in the context of somatic learning, on the condition that the listening is an act and lived musically

L'intérêt croissant pour l'intégration de la rétroaction haptique dans les produits commerciaux est directement lié aux progrès de la technologie haptique. Notamment, la prolifération des smartphones et des tablettes a conduit à l'intégration de modalités haptiques pour diverses fonctions.Alors que des recherches approfondies ont exploré l'intégration des modalités sensorielles (visuelle, auditive, tactile) dans le toucher passif, il existe un manque relatif de connaissances en ce qui concerne la bimodalité ou la multimodalité dans le contexte du toucher actif. Les technologies émergentes, telles que l'haptique de surface, offrent des opportunités pour étudier divers aspects liés à l'intégration sensorielle.Ce travail fournit des lignes directrices précieuses pour les développeurs, tirées d'études expérimentales dans le domaine du toucher actif. Notre première investigation se concentre sur la relation temporelle entre les retours audio et tactiles, révélant un seuil critique de 200 ms lors des interactions de glissement sur une surface haptique. De plus, nous identifions un délai audio-tactile acceptable de 109 ms pour les gestes de clic avec des boutons virtuels, soulignant la nécessité de prohiber ou de minimiser le délai haptique à moins de 40 ms. Une étude comparative impliquant des individus voyants et aveugles dévoile un aspect crucial de l'inclusion : le respect des limites de synchronisation audio-tactile de la population voyante, concerne les boutons virtuels, permet la conception inclusive d'interfaces adaptées aux deux populations. De plus, nous explorons l'impact de facteurs tels que la stéréoscopie et la déformation de surface sur la perception de la rugosité des textures, démontrant que leur présence peut altérer la rugosité perçue des textures lisses de plus de 20%.En outre, notre recherche explore le potentiel de l'utilisation de casques vibrants pour la localisation d'objets, révélant une sensibilité de 7° pour la modalité haptique, de 8° pour la rétroaction auditive et de 6° pour la rétroaction audio-tactile. Cela met en évidence non seulement la viabilité de la rétroaction haptique en réalité virtuelle pour la localisation d'objets, mais aussi l'amélioration obtenue en renforçant l'expérience sensorielle avec des stimuli audio-tactiles
The growing interest in integrating haptic feedback into commercial products is a direct result of advancements in haptic technology. Notably, the proliferation of smartphones and tablets has led to the integration of haptic modalities for various interfaces.While extensive research has explored the integration of sensory modalities (visual, auditory, tactile) in passive touch, there is a relative dearth of knowledge regarding bimodality or multimodality in the context of active touch. Emerging technologies, like surface haptics, offer opportunities to investigate various aspects related to sensory integration.This work provides valuable guidelines for developers, drawing from experimental studies in the realm of active touch. Our initial investigation focuses on the temporal relationship between audio and tactile feedback, revealing a critical 200 ms threshold during sliding interactions on a haptic surface. Moreover, we identify an acceptable audio-tactile delay of 109 ms for click gestures with virtual buttons, emphasizing the need to prohibit or minimize haptic delay to less than 40 ms. A comparative study involving sighted and blind individuals unveils a crucial aspect of inclusion: adhering to synchronization boundaries of the sighted population, relative to virtual buttons, allows for the inclusive design of interfaces accommodating both populations.Additionally, we explore the impact of factors such as stereoscopy and surface deformation on the perception of texture roughness, demonstrating that their presence can alter the perceived roughness of smooth textures by over 20%.Furthermore, our research explores the potential of using vibration headphones for object localization, revealing a sensitivity of 7° for the haptic modality, 8° for auditory feedback, and 6° for audio-tactile. This highlights not only the viability of haptic feedback in virtual reality for object localization but also the improvement achieved by reinforcing the sensory experience with audio-tactile stimuli

L'activité du bulbe olfactif (BO) de mammifère repose sur divers contrôles : périphérique, central et intrinsèque aux BO, associés à une activité électrophysiologique dans les bandes de fréquence θ (2-10Hz), β (15-30Hz) and γ (30-90Hz). Cependant ces activités résultantes, temporellement stéréotypées restent à comprendre sur les plans biophysiques et fonctionnels. L'implication des synapses dendrodendritiques entre cellules mitrales (CMs, les neurones de projection du BO) et cellules granulaires (CGs, les interneurones locaux) dans ces rythmicités nous a conduits à explorer de façon extensive les différentes propriétés de ces interactions dans la dynamique cellulaire et bulbaire. L'approche computationnelle s'est révélé un outil efficace pour l'étude des mécanismes à ces différents niveaux. Nous avons d'abord montré que l'inhibition shuntante sur les dendrites latérales des CMs pouvait contrôler la stabilité de décharge des CMs. Un tel processus contrôle la synchronisation de l'activité dans le BO, une propriété majeure pour la transmission de l'information aux structures corticales. Ensuite nous avons montré dans un réseau de CMs et CGs que le mode d'activation et les interactions synaptiques contrôlaient la dynamique oscillatoire. Dans le cas d'interactions fortes, l'activité des CMs peut se synchroniser sur chaque cycle d'oscillations qui couvrent plutôt la bande de fréquence β. Enfin, en s'appuyant sur des données expérimentales issues du rat anesthésié, nous avons montré que pendant les oscillations γ du potentiel de champ local, l'activité des CMs pouvaient se phaser par rapport à l'oscillation conduisant à une stabilité des phases et du taux de décharge. Le mécanisme sous-jacent fondé sur des entrées synaptiques faibles oscillantes à la fréquence γ pourrait conduire à un mécanisme d'auto-synchronisation et ainsi expliquer l'émergence de bouffées d'oscillations γ. Les corrélats dynamiques et comportementaux associés aux oscillations γ et β suggèrent que ces activités pourraient être associées à la perception d'ensemble et la segmentation des odeurs, deux des fonctions principales du système olfactif
Mammalian olfactory bulb (OB) activity displays electrophysiological activity in different frequency bands: θ (2-10Hz), β (15-30Hz) and γ (30-90Hz). The resultant stereotypical temporal activities remain to be understood in terms of biophysical dynamics and functionality. We here studied the functional role of dendrodendritic synapses between mitral cells (MC), the output neurons of the OB and granule cells (GC), a type of local interneurons, in these oscillatory regimes. To this end, the computational modeling approaches were employed. We first show that shunting inhibition on the MC lateral dendrite is able to influence the timing of MC discharge. This process could regulate synchrony among MCs, considered an important property of information transmission to OB downstream structures. Second, in a network of MCs and GCs, we showed that synaptic interactions and sensory stimulation can influence oscillatory dynamics. In the case of strong network connectivity, the MCs could robustly synchronize in a β frequency range. Third, using experimental data from anesthetized rat, we showed that during γ local field potential oscillation, the phase of MC spikes could lock with the oscillation leading to some stabilized phases and firing rates. The underlying mechanism, based on weak γ-oscillatory synaptic input and MC intrinsic properties could lead to a self-synchronization process in the bulb and explain the emergence of γ bursts during olfactory stimulation. Dynamical and behavioral correlates of γ and β oscillations suggest they could be associated with perception and segmentation of odors, the two major functions of the olfactory system

Les systèmes sensoriels encodent l’information sur notre environnement sous la forme d’impulsions électriques qui se propagent dans des réseaux de neurones. Élucider le code neuronal – les principes par lesquels l’information est représentée dans l’activité des neurones – est une question fondamentale des neurosciences. Cette thèse constituée de 3 études (E) s’intéresse à deux types de codes, la synchronisation et l’adaptation, dans les neurones du cortex visuel primaire (V1) du chat. Au niveau de V1, les neurones sont sélectifs pour des propriétés comme l’orientation des contours, la direction et la vitesse du mouvement. Chaque neurone ayant une combinaison de propriétés pour laquelle sa réponse est maximale, l’information se retrouve distribuée dans différents neurones situés dans diverses colonnes et aires corticales. Un mécanisme potentiel pour relier l’activité de neurones répondant à des items eux-mêmes reliés (e.g. deux contours appartenant au même objet) est la synchronisation de leur activité. Cependant, le type de relations potentiellement encodées par la synchronisation n’est pas entièrement clair (E1). Une autre stratégie de codage consiste en des changements transitoires des propriétés de réponse des neurones en fonction de l’environnement (adaptation). Cette plasticité est présente chez le chat adulte, les neurones de V1 changeant d’orientation préférée après exposition à une orientation non préférée. Cependant, on ignore si des neurones spatialement proches exhibent une plasticité comparable (E2). Finalement, nous avons étudié la dynamique de la relation entre synchronisation et plasticité des propriétés de réponse (E3). Résultats principaux — (E1) Nous avons montré que deux stimuli en mouvement soit convergent soit divergent élicitent plus de synchronisation entre les neurones de V1 que deux stimuli avec la même direction. La fréquence de décharge n’était en revanche pas différente en fonction du type de stimulus. Dans ce cas, la synchronisation semble coder pour la relation de cocircularité dont le mouvement convergent (centripète) et divergent (centrifuge) sont deux cas particuliers, et ainsi pourrait jouer un rôle dans l’intégration des contours. Cela indique que la synchronisation code pour une information qui n’est pas présente dans la fréquence de décharge des neurones. (E2) Après exposition à une orientation non préférée, les neurones changent d’orientation préférée dans la même direction que leurs voisins dans 75% des cas. Plusieurs propriétés de réponse des neurones de V1 dépendent de leur localisation dans la carte fonctionnelle corticale pour l’orientation. Les comportements plus diversifiés des 25% de neurones restants sont le fait de différences fonctionnelles que nous avons observé et qui suggèrent une localisation corticale particulière, les singularités, tandis que la majorité des neurones semblent situés dans les domaines d’iso-orientation. (E3) Après adaptation, les paires de neurones dont les propriétés de réponse deviennent plus similaires montrent une synchronisation accrue. Après récupération, la synchronisation retourne à son niveau initial. Par conséquent, la synchronisation semble refléter de façon dynamique la similarité des propriétés de réponse des neurones. Conclusions — Cette thèse contribue à notre connaissance des capacités d’adaptation de notre système visuel à un environnement changeant. Nous proposons également des données originales liées au rôle potentiel de la synchronisation. En particulier, la synchronisation semble capable de coder des relations entre objets similaires ou dissimilaires, suggérant l’existence d’assemblées neuronales superposées.
Sensory systems encode information about our environment into electrical impulses that propagate in networks of neurons. Understanding the neural code – the principles by which information is represented in neuronal activity – is one of the most fundamental issues in neuroscience. This thesis investigates in a series of 3 studies (S) two coding mechanisms, synchrony and adaptation, in neurons of the cat primary visual cortex (V1). In V1, neurons display selectivity for image features such as contour orientation, motion direction and velocity. Each neuron has at least one combination of features that elicits its maximum firing rate. Visual information is thus distributed among numerous neurons within and across cortical columns, modules and areas. Synchronized electrical activity between cells was proposed as a potential mechanism underlying the binding of related features to form coherent perception. However, the precise nature of the relations between image features that may elicit neuronal synchrony remains unclear (S1). In another coding strategy, sensory neurons display transient changes of their response properties following prolonged exposure to an appropriate stimulus (adaptation). In adult cat V1, orientation-selective neurons shift their preferred orientation after being exposed to a non-preferred orientation. How the adaptive behavior of a neuron is related to that of its neighbors remains unclear (S2). Finally, we investigated the relationship between synchrony and orientation tuning in neuron pairs, especially how synchrony is modulated during adaptation-induced plasticity (S3). Main results — (S1) We show that two stimuli in either convergent or divergent motion elicit significantly more synchrony in V1 neuron pairs than two stimuli with the same motion direction. Synchronization seems to encode the relation of cocircularity, of which convergent (centripetal) and divergent (centrifugal) motion are two special instances, and could thus play a role in contour integration. Our results suggest that V1 neuron pairs transmit specific information on distinct image configurations through stimulus-dependent synchrony of their action potentials. (S2) We show that after being adapted to a non-preferred orientation, cells shift their preferred orientation in the same direction as their neighbors in most cases (75%). Several response properties of V1 neurons depend on their location within the cortical orientation map. The differences we found between cell clusters that shift in the same direction and cell clusters with both attractive and repulsive shifts suggest a different cortical location, iso-orientation domains for the former and pinwheel centers for the latter. (S3) We found that after adaptation, neuron pairs that share closer tuning properties display a significant increase of synchronization. Recovery from adaptation is accompanied by a return to the initial synchrony level. Synchrony therefore seems to reflect the similarity in neurons’ response properties, and varies accordingly when these properties change. Conclusions — This thesis further advances our understanding of how visual neurons adapt to a changing environment, especially regarding cortical network dynamics. We also propose novel data about the potential role of synchrony. Especially, synchrony appears capable of binding various features, whether similar or dissimilar, suggesting superimposed neural assemblies.