Discrimination of facial expressions in odor contexts : neural correlates in adults and infants with electroencephalography (EEG)

Cette thèse se propose d’examiner les mécanismes de la perception des expressions faciales émotionnelles et leur développement précoce, grâce à une approche de présentation visuelle périodique rapide (Fast Periodic Visual Presentation : FPVS) couplée à l’électroencéphalographie (EEG). Plus spécifiquement, nous avons cherché à caractériser des réponses cérébrales de discrimination des expressions faciales et à déterminer l’influence d’un contexte olfactif hédonique sur ces réponses, chez l’adulte (Etudes 1 et 2) ainsi que chez le nourrisson à différents stades de développement (Etudes 3 et 4).Nous avons montré que l’adulte présente des réponses cérébrales distinctes selon l’expression faciale cible à discriminer, indiquant une catégorisation spontanée des expressions faciales de base (Étude 1). Par ailleurs, nous avons mis en évidence que la présence d’un contexte olfactif hédonique influence les réponses cérébrales de catégorisation des expressions faciales. Tandis que la réponse à la joie reste inchangée, la réponse au dégoût est moindre en présence d’un contexte olfactif hédonique agréable ou désagréable. L’effet de l’odeur est particulièrement retrouvé pour la réponse à la neutralité, la réponse étant presque absente en contexte désagréable vs. amplifiée en contexte agréable. Les odeurs hédoniques orienteraient ainsi la perception des expressions faciales vers leur propre valence émotionnelle, ou vers la valence de l’odeur pour l’expression neutre émotionnellement ambiguë, entravant ou facilitant leur discrimination des autres expressions, majoritairement négatives (Etude 2). Chez le nourrisson, une première étude a permis d’isoler des réponses cérébrales de discrimination des expressions faciales à 3,5 et 7 mois (Étude 3). Une évolution de la réponse cérébrale à la joie a été observée entre 3,5 et 7 mois (activité fronto-centrale additionnelle), suggérant l’intégration progressive de la signification émotionnelle de cette expression positive. La seconde étude a été initiée chez les nourrissons de 7 mois pour tester l’influence d’un contexte olfactif agréable sur la réponse cérébrale à l’expression de joie (Etude 4, en cours). Elle semble indiquer que la réponse à la joie est amplifiée par un contexte olfactif agréable plutôt que neutre.Ces résultats révèlent que les expressions faciales sont facilement discriminées chez l’adulte, la présence d’un contexte olfactif hédonique orientant la perception vers la valence émotionnelle de l’expression faciale plutôt que vers l’émotion de base associée en tant que telle. La valence émotionnelle des expressions pourrait être acquise précocement au cours du développement, avant 7 mois, âge auquel évolue la discrimination de la joie (positive) par rapport aux autres expressions (majoritairement négatives). En outre, à cet âge, la perception de la joie semble facilitée en présence d’un contexte olfactif agréable. Ainsi, du fait de la maturité fonctionnelle précoce du système olfactif, les odeurs pourraient activement participer à l’acquisition de la signification émotionnelle des expressions faciales au cours du développement, et faciliter la perception des expressions dont la signification émotionnelle est ambiguë chez l’adulte. Dans l’ensemble, nos travaux éclairent le rôle de l’intégration multisensorielle au cours du développement perceptif précoce et ouvrent d’intéressantes perspectives pour investiguer le développement sociocognitif et affectif typique et atypique.This thesis examines the mechanisms subtending the perception of emotional facial expressions and their early development using a Fast Periodic Visual Presentation (FPVS) approach coupled with electroencephalography (EEG). More specifically, we tried to characterize brain responses reflecting facial expression discrimination and to determine whether hedonic odor contexts influence these responses in adults (studies 1 and 2), and in infants at different developmental stages (studies 3 and 4).We showed specific responses to the discrimination of every facial expression in the adult brain, indicating rapid and automatic categorization of basic facial expressions (study 1). In addition, we revealed that hedonic odor contexts influence these expression-specific brain responses. While the response to happiness is unchanged, the response to disgust is weaker in both pleasant and unpleasant odor contexts. The odor effect is strong for the response to neutrality, this response being nearly absent in the unpleasant odor context vs. larger in the pleasant context. Hedonic odors could thus orient facial expression perception toward their own emotional valence, or toward the valence of the odor for the emotionally ambiguous neutral expression, hampering or facilitating their discrimination from the other mainly negative expressions (study 2). In infants, a first study isolated brain responses to the discrimination of facial expressions in 3.5- and 7-month-olds (study 3). In particular, we observed that the response to happiness evolves between 3.5- and 7-month-old (additional fronto-central activity), suggesting the progressive integration of the emotional meaning of this positive expression. The second study has been initiated in 7-month-old infants to test the influence of a pleasant hedonic odor context on the specific brain response to happiness (study 4, ongoing study). This study seems to indicate that the response is larger in a pleasant rather than neutral odor context.These results reveal that facial expressions are readily discriminated in adults, hedonic odor contexts orienting perception toward emotional valence rather than related basic emotions. Emotional valence may be acquired early in development, before 7 months, since the discrimination of happiness (positive) from other expressions (mainly negative) evolves at this age. Moreover, at 7 months, the perception of happiness seems facilitated by the presence of a pleasant odor context. Hence, due to the early functional maturity of the olfactory system, odors may actively participate in acquiring the emotional meaning of facial expressions during early development and facilitate the perception of expressions whose emotional meaning is ambiguous in adults. Overall, our work sheds new light on the role of multisensory integration during early perceptual development and opens interesting perspectives to investigate typical and atypical socio-cognitive and affective development