La nicotine est considérée comme étant la « molécule » addictogène de la cigarette et du tabac. Mais différentes études cliniques, utilisant notamment des substituts nicotiniques, débouchent pratiquement toutes sur une même conclusion : efficacité ne dépassant que de peu celle d'un placebo, et très limitée dans le temps, contrastant avec le pouvoir hautement addictif du tabac, qu'il soit chiqué, prisé ou fumé. Dans ce travail de thèse, nous avons essayé de mettre en évidence le rôle que pourraient avoir certains des autres composés présents dans le tabac ou produits par pyrolyse. Nous avons d'abord utilisé des extraits aqueux de fumée et de tabac pour approcher un aspect global de ce que les fumeurs absorbent chaque fois qu'ils fument une cigarette, nous rapprochant ainsi des conditions physiologiques du fumeur. Puis nous avons choisi un certain nombre de substances. La cotinine, métabolite de la nicotine. L'harmane, une ß-carboline, synthétisée au cours de la combustion et dans l'organisme des fumeurs. La norharmane, une ß-carboline, présente en partie dans le tabac et synthétisée dans la fumée par pyrolyse. La technique utilisée tout au long de ce travail est l'enregistrement électrophysiologique. Cette technique s'applique très bien à l'étude in vivo de différents systèmes neuronaux y compris le système dopaminergique. Nous l'avons utilisée chez le rat, la souris WT et la souris Knockout ß2 (ß2KO). Nous nous sommes intéressés à deux aspects de l'activité cellulaire des neurones dopaminergiques de l'aire tegmentale ventrale : la fréquence de décharge (le firing) et les bouffées (bursts). En parallèle, nous avons conduit des expériences de liaison (binding) sur des cultures de cellules exprimant le récepteur nicotinique α4ß2. Nos résultats les plus significatifs ont montré que : Les bursts sont le plus souvent absents après les injections d'extraits de tabac et de fumée. Cela pourrait, entre autres, impliquer qu'il existe dans le tabac et la fumée des composés autres que la nicotine qui bloquent les effets de la nicotine sur les bursts. Les effets des extraits de tabac et de fumée sur le firing et les bursts ne sont plus présents chez les souris ß2 KO, ce qui implique que l'ensemble des composés du tabac agit essentiellement sur les récepteurs nicotiniques porteurs de la chaine ß2, même si des hypothèses alternatives existent. L'harmane a des effets activateurs très puissants sur le firing des neurones dopaminergiques, et ces effets sont bloqués à 80% par la mécamylamine, ce qui démontre qu'un des principaux composés du tabac et de la fumée autre que la nicotine agit par un mécanisme essentiellement nicotinique. Les expériences de binding confirment que les effets du tabac et de la fumée impliquent les récepteurs nicotiniques d'une façon majeure, mais d'une façon qui diffère légèrement de celle de la nicotine.Les résultats que nous avons obtenus montrent que les effets pharmacologiques du tabac ne se résument pas à ceux de la seule nicotine. Ils peuvent constituer un point de départ pour d'autres travaux, notamment pour étudier de plus près les effets des ß-carbolines. Il est nécessaire d'identifier les types de récepteurs sur lesquels elles se fixent, en utilisant des agonistes et antagonistes de récepteurs aux neurotransmetteurs contrôlant l'activité des neurones dopaminergiques. Des expériences sur des souris transgéniques chez lesquelles différents types de sous-unités de récepteurs nicotiniques ont été supprimés doivent également être envisagées, pour déterminer les mécanismes d'action des composants autres que la nicotine contenus dans le tabac et sa fumée sur les neurones dopaminergiques

La nicotine est considérée comme étant la « molécule » addictogène de la cigarette et du tabac. Mais différentes études cliniques, utilisant notamment des substituts nicotiniques, débouchent pratiquement toutes sur une même conclusion : efficacité ne dépassant que de peu celle d’un placebo, et très limitée dans le temps, contrastant avec le pouvoir hautement addictif du tabac, qu'il soit chiqué, prisé ou fumé. Dans ce travail de thèse, nous avons essayé de mettre en évidence le rôle que pourraient avoir certains des autres composés présents dans le tabac ou produits par pyrolyse. Nous avons d’abord utilisé des extraits aqueux de fumée et de tabac pour approcher un aspect global de ce que les fumeurs absorbent chaque fois qu’ils fument une cigarette, nous rapprochant ainsi des conditions physiologiques du fumeur. Puis nous avons choisi un certain nombre de substances. La cotinine, métabolite de la nicotine. L’harmane, une ß-carboline, synthétisée au cours de la combustion et dans l’organisme des fumeurs. La norharmane, une ß-carboline, présente en partie dans le tabac et synthétisée dans la fumée par pyrolyse. La technique utilisée tout au long de ce travail est l’enregistrement électrophysiologique. Cette technique s’applique très bien à l’étude in vivo de différents systèmes neuronaux y compris le système dopaminergique. Nous l’avons utilisée chez le rat, la souris WT et la souris Knockout ß2 (ß2KO). Nous nous sommes intéressés à deux aspects de l’activité cellulaire des neurones dopaminergiques de l’aire tegmentale ventrale : la fréquence de décharge (le firing) et les bouffées (bursts). En parallèle, nous avons conduit des expériences de liaison (binding) sur des cultures de cellules exprimant le récepteur nicotinique α4ß2. Nos résultats les plus significatifs ont montré que : Les bursts sont le plus souvent absents après les injections d’extraits de tabac et de fumée. Cela pourrait, entre autres, impliquer qu’il existe dans le tabac et la fumée des composés autres que la nicotine qui bloquent les effets de la nicotine sur les bursts. Les effets des extraits de tabac et de fumée sur le firing et les bursts ne sont plus présents chez les souris ß2 KO, ce qui implique que l’ensemble des composés du tabac agit essentiellement sur les récepteurs nicotiniques porteurs de la chaine ß2, même si des hypothèses alternatives existent. L’harmane a des effets activateurs très puissants sur le firing des neurones dopaminergiques, et ces effets sont bloqués à 80% par la mécamylamine, ce qui démontre qu’un des principaux composés du tabac et de la fumée autre que la nicotine agit par un mécanisme essentiellement nicotinique. Les expériences de binding confirment que les effets du tabac et de la fumée impliquent les récepteurs nicotiniques d’une façon majeure, mais d’une façon qui diffère légèrement de celle de la nicotine.Les résultats que nous avons obtenus montrent que les effets pharmacologiques du tabac ne se résument pas à ceux de la seule nicotine. Ils peuvent constituer un point de départ pour d’autres travaux, notamment pour étudier de plus près les effets des ß-carbolines. Il est nécessaire d’identifier les types de récepteurs sur lesquels elles se fixent, en utilisant des agonistes et antagonistes de récepteurs aux neurotransmetteurs contrôlant l’activité des neurones dopaminergiques. Des expériences sur des souris transgéniques chez lesquelles différents types de sous-unités de récepteurs nicotiniques ont été supprimés doivent également être envisagées, pour déterminer les mécanismes d’action des composants autres que la nicotine contenus dans le tabac et sa fumée sur les neurones dopaminergiques / Nicotine is generally considered as the sole tobacco addictive compound. However, nicotine replacement therapy studies almost all end with the same conclusion: the effectiveness of nicotine replacement is very limited on the short-term, and hardly exceeds that of placebo on the long-term. In addition, studies dealing with the effects of denicotinized cigarettes have provided evidence that these cigarettes have an addictive potential. In the present work, we tried to determine the behavioral role of some tobacco or smoke compounds other than nicotine at the neuronal level. We first compared the effects of nicotine with those of whole tobacco and smoke extracts, given that these preparations closer mimic the smoking situation than nicotine alone. We then examined the effects of a number of selected tobacco or smoke compounds. Cotinine, a major nicotine metabolite. Harmane and norharmane, two ß-carbolines synthesized in smoke as well as in the body of smokers. The technique used consists in the in vivo recording of the firing rate and bursts of dopamine neurons in the ventral tegmental area after intravenous injections of compounds in rats and mice. This electrophysiological technique is known to be a useful way to investigate the properties of selected compounds. In the case of mice, we used wild type and ß2 KO mice. We also made a series of in vitro experiments investigating the binding properties of the compounds on cells expressing high densities of α4ß2 nicotinic receptors. The main results of our studies are the following: Bursts are absent most of the times after the injection of the extracts. These results suggest that tobacco and smoke extracts contain compounds that inhibit the burst-promoting effects of nicotine. Increased firing is no longer present in ß2 KO mice treated with tobacco or smoke extracts, indicating that tobacco and smoke components, as a whole, primarily acts on nicotinic receptors that carry the ß2 chain, although alternative hypotheses may exist. Harmane very strongly activates the firing of dopaminergic neurons. Up to 80% of this effect is blocked by mecamylamine, demonstrating that that a major component of tobacco and smoke other than nicotine acts primarily through a nicotinic mechanism. The binding experiments confirm that the effects of tobacco and smoke involve nicotinic receptors in a major way, but in a way that slightly differs from that of nicotine. Our results may constitute a new starting point for further work, especially for a closer look at the effects of ß-carbolines. Attempts to identify the types of receptors involved in these effects are needed, using agonists and antagonists of neurotransmitter receptors that control the activity of dopamine neurons. Experiments on transgenic mice with deletion of different types of subunits of nicotinic receptors should also be made, to determine the different mechanisms of action of tobacco and smoke compounds other than nicotine on dopaminergic neurons

L'objectif de cette thèse est d'utiliser des données non-invasives (électrocardiogrammes, ECG) pour personnaliser les principaux paramètres d'un modèle électrophysiologique (EP) cardiaque pour prédire la réponse à la thérapie de resynchronisation cardiaque. La TRC est un traitement utilisé en routine clinique pour certaines insuffisances cardiaques mais reste inefficace chez 30% des patients traités impliquant une morbidité et un coût importants. Une compréhension précise de la fonction cardiaque propre au patient peut aider à prédire la réponse à la thérapie. Les méthodes actuelles se basent sur un examen invasif au moyen d’un cathéter qui peut être dangereux pour le patient. Nous avons développé une personnalisation non-invasive du modèle EP fondée sur une base de données simulée et un apprentissage automatique. Nous avons estimé l'emplacement de l'activation initiale et un paramètre de conduction global. Nous avons étendu cette approche à plusieurs activations initiales et aux ischémies au moyen d'une régression bayésienne parcimonieuse. De plus, nous avons développé une anatomie de référence afin d'effectuer une régression hors ligne unique et nous avons prédit la réponse à différentes stimulations à partir du modèle personnalisé. Dans une seconde partie, nous avons étudié l'adaptation aux données ECG à 12 dérivations et l'intégration dans un modèle électromécanique à usage clinique. L'évaluation de notre travail a été réalisée sur un ensemble de données important (25 patients, 150 cycles cardiaques). En plus d'avoir des résultats comparables avec les dernières méthodes d'imagerie ECG, les signaux ECG prédits présentent une bonne corrélation avec les signaux réels. / The objective of this thesis is to use non-invasive data (body surface potential mapping, BSPM) to personalise the main parameters of a cardiac electrophysiological (EP) model for predicting the response to cardiac resynchronization therapy (CRT). CRT is a clinically proven treatment option for some heart failures. However, these therapies are ineffective in 30% of the treated patients and involve significant morbidity and substantial cost. The precise understanding of the patient-specific cardiac function can help to predict the response to therapy. Until now, such methods required to measure intra-cardiac electrical potentials through an invasive endovascular procedure which can be at risk for the patient. We developed a non-invasive EP model personalisation based on a patient-specific simulated database and machine learning regressions. First, we estimated the onset activation location and a global conduction parameter. We extended this approach to multiple onsets and to ischemic patients by means of a sparse Bayesian regression. Moreover, we developed a reference ventricle-torso anatomy in order to perform an common offline regression and we predicted the response to different pacing conditions from the personalised model. In a second part, we studied the adaptation of the proposed method to the input of 12-lead electrocardiograms (ECG) and the integration in an electro-mechanical model for a clinical use. The evaluation of our work was performed on an important dataset (more than 25 patients and 150 cardiac cycles). Besides having comparable results with state-of-the-art ECG imaging methods, the predicted BSPMs show good correlation coefficients with the real BSPMs.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / L'étude présentée s'inscrit dans le cadre du phénomène de la vision résiduelle, c'est-à-dire les fonctions visuelles qui persistent après une lésion du cortex occipital. De façon plus précise, ces travaux portent sur la caractérisation des propriétés fonctionnelles des neurones du complexe LP-pulvinar suite à l'apparition d'une nouvelle voie rétinothalamique chez des chats ayant subi une ablation chronique du cortex visuel primaire. L'ablation totale ou partielle du cortex visuel primaire entraîne chez la plupart des espèces, une diminution ou perte des capacités visuelles dont la sévérité varie selon l'âge de l'animal et l'étendue de la lésion (Fendrich et al., 1992). Ces déficits sont généralement plus prononcés lorsque la lésion survient chez l'adulte plutôt que chez le jeune en développement. En effet, les animaux cérébrolésés en bas âge présentent un comportement visuel qualifié de quasi normal (Comwell et al., 1989). Chez le chat, une lésion du cortex visuel primaire entraîne l'apparition d'une nouvelle voie visuelle se projetant de la rétine vers la partie latérale du complexe LP-pulvinar (Payne et al., 1993). Le but de l'étude consiste à déterminer le carrelât physiologique de la compensation comportementale observée chez les animaux cérébrolésés au cours du développement et à l'âge adulte. L'hypothèse soulevée est que le maintien de l'intégrité visuelle observé chez les animaux cérébrolésés résulterait de la réorganisation des voies visuelles souscorticales et de façon plus précise, de l'apparition de la nouvelle voie rétine - LP-pulvinar. L'étude consistait à réaliser les ablations chirurgicales du cortex visuel chez des chats adultes et des chatons âgés de 7 à 30 jours. Après un délai suffisant pour permettre la réorganisation neuroanatomique, les animaux étaient anesthésiés et préparés pour les séances d'enregistrement électrophysiologique. Une microélectrode était descendue au LP-pulvinar afin d'enregistrer les réponses cellulaires lors de la présentation de différents stimuli visuels. A la fin de l'expérience, le cerveau était prélevé pour les vérifications neuroanatomiques et histo logiques. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence des changements fonctionnels au niveau des neurones du LP-pulvinar chez les sujets cérébrolésés. Ces changements incluent notamment une modification dans l'organisation des champs récepteurs des cellules du LP-pulvinar. En effet, les cellules du LP-pulvinar des animaux lésés en bas âge présentent un haut niveau de linéarité spatiale et affichent un patron de décharge phasique. Ces nouvelles propriétés des neurones du LP-pulvinar semblent refléter la présence de la nouvelle voie rétino-thalamique qui serait de toute évidence d'origine W-phasique. Les résultats obtenus indiquent donc que le complexe LP-pulvinar participerait vraisemblablement au maintien du comportement visuo-moteur normal dans le phénomène de la vision résiduelle. L'étude présentée est importante, non seulement dans le contexte du rôle du complexe LP-pulvinar dans l'organisation des champs récepteurs chez l'animal cérébrolésé, mais aussi dans le contexte plus large de la plasticité neuronale.

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Le rôle du collicule inférieur dans les divers processus auditif demeure à ce jour méconnu chez l’humain. À l’aide d’évaluations comportementales et électrophysiologiques, le but des études consiste à examiner l’intégrité fonctionnelle du système nerveux auditif chez une personne ayant une lésion unilatérale du collicule inférieur. Les résultats de ces études suggèrent que le collicule inférieur n’est pas impliqué dans la détection de sons purs, la reconnaissance de la parole dans le silence et l’interaction binaurale. Cependant, ces données suggèrent que le collicule inférieur est impliqué dans la reconnaissance de mots dans le bruit présentés monauralement, la discrimination de la fréquence, la reconnaissance de la durée, la séparation binaurale, l’intégration binaurale, la localisation de sources sonores et, finalement, l’intégration multisensorielle de la parole. / The role of the inferior colliculus in human auditory processing is still poorly understood. We report the results obtained from a 12-year-old boy who suffered a very circumscribed lesion at the level of the right inferior colliculus without additional neurological damage. The child underwent an extensive battery of psychophysical and electrophysiological tests. Results revealed that tonal detection thresholds, speech recognition in the absence of competing auditory input and performance on binaural interaction tasks were unimpaired. However, the pattern of results suggests that auditory functions such as the recognition of low-redundancy speech presented monaurally, frequency discrimination, the recognition of tone-duration patterns, binaural separation, binaural integration, sound-source localization in space as well as mutlisensory integration depend on the integrity of the bilateral auditory pathways at the level of the inferior colliculus.

La problématique de cette thèse est de comprendre et d’expliquer l’influence de l’activation des composantes périphérique efférente, expressive motrice et des sentiments subjectifs de l’émotion sur la formation des attitudes et des intentions comportementales du consommateur exposé à l’annonce. Cette recherche s’inscrit dans le modèle des processus composants de l’émotion développé en neurosciences affectives. Pour tester nos hypothèses, nous avons réalisé une étude selon laquelle les épisodes émotionnels du consommateur résultent de l’évaluation cognitive et dynamique des évènements mis en scène dans l’annonce. Notre protocole expérimental est fondé sur la mesure verbale des sentiments subjectifs et sur la mesure de l’activité électrophysiologique du système nerveux autonome et du système nerveux somatique des participants exposés à 6 annonces publicitaires télévisées (3 annonces commerciales / 3 annonces sociales). Les résultats obtenus montrent que l’exposition à l’annonce suscite chez le consommateur une activation des composantes périphérique efférente, expressive motrice et des sentiments subjectifs de l’émotion. La prise en compte de l’activation de ces trois composantes permet alors d’expliquer la formation de l’attitude envers l’annonce, de l’attitude envers la marque et des intentions comportementales du consommateur. Les résultats indiquent également que les annonces ne suscitent pas systématiquement des épisodes émotionnels chez les consommateurs ; c’est la présence d’évènements pertinents dans l’annonce pour un consommateur qui déclenche un processus d’évaluation cognitif à l’origine des épisodes émotionnels / The issue of this thesis is to understand and explain the influence of the activation of peripheral efference, motor expression, and subjective feeling components on the behavioural and attitude intentions of the consumer exposed to advertising. This research belongs to the components process model which is part of the developed emotion in affective neurosciences. To test our hypotheses, we have carried out a study where the emotional episodes of the consumer result from the cognitive appraisal of salient events highlighted in the advertising. Our experimental protocol is based on the verbal measure of subjective feelings and on the measure of the electrophysiological activity of the autonomous nervous system and also the somatic nervous system of the participants exposed to six television commercials (three commercial ads/ three social ads). The achieved results show that the exposure to advertising reveals in the consumer an activation of the peripheral efference, motor expression, and subjective feeling components of emotion. The awareness of the activation of those three components leads then to explain the attitude formation towards the advertising and towards the brand as well as behavioural intentions of the consumer. The results illustrate as well that the advertising do not systematically awake emotional episodes among the consumers; it is the presence of salient events in the advertising for a consumer that triggers a cognitive appraisal process to the origin of the emotional episodes

Il est maintenant bien établi que le cerveau humain est doté d’un système de neurones qui s’active tant à la perception qu’à l’exécution d’une action. Les neurones miroirs, ainsi que le système qu’ils forment avec des structures adjacentes appelées système neurones miroirs (SNM), ont été relié à la compréhension d’action et pourrait être impliqué dans les fonctions sociales de haut niveau tel que l’empathie et l’imitation. Dans la foulée spéculative reliant le SNM à la sphère sociale, le dysfonctionnement de ce système a rapidement gagné intérêt dans la genèse des anomalies du domaine social chez les personnes présentant le Trouble du spectre de l’autisme (TSA). Néanmoins, l’hypothèse voulant que le dysfonctionnement social des TSA repose sur une atteinte du SNM est controversée. En effet, les études soutenant cette hypothèse nécessitent des fonctions cognitives et sociales qui peuvent contribuer à l’obtention de résultats atypiques, telles que la compréhension des consignes, l’attention sur des stimuli sociaux ou la réalisation d’acte moteur. Récemment, un protocole auditif de négativité de discordance (MMN) utilisant des stimuli reliés à l’action humaine a été utilisé pour mesurer l’activité du SNM. Cette technique semble prometteuse dans la mesure où elle ne nécessite pas de capacités attentionnelles ou langagières, elle est brève et demande un montage minimal d’électrodes. Le premier article avait comme objectif principal de mesurer la validité de convergence du protocole MMN relié à l’action avec celui du rythme mu, le protocole le plus utilisé pour enregistrer l’activité miroir à l’aide de l’électroencéphalographie (EEG). Les modes de stimulation ont été délivrées en bloc successif à un groupe de 12 adultes en santé. Alors que les deux techniques ont modulé efficacement les régions fronto-centrales et centrales respectivement, mais ne sont pas corrélées, nous avons conclu qu’il est possible 2 qu’elles mesurent des aspects différents du SNM. Le deuxième article avait comme objectif principal de mesurer l’activité du SNM à l’aide du protocole MMN relié à l’action chez 10 enfants présentant un TSA ainsi que chez 12 enfants neurotypiques dans la même tranche d’âge (5-7ans). Chez les enfants TSA, nous avons montré un patron de latence inversée, comparativement aux enfants du groupe contrôle; ils traitaient plus rapidement les sons contrôles que les sons reliés à l’action humaine, alors que la tendance inverse était observée chez les contrôles. De plus, bien que les deux groupes différaient quant aux sons d’action, ils ne différaient pas quant aux sons contrôles. Quant à l’amplitude, les enfants TSA se distinguaient du groupe contrôle par une amplitude restreinte du son d’action provenant de la bouche. Par ailleurs, les mesures neurophysiologiques et neuropsychologiques n’étaient pas corrélées. En sommes, basé sur la prémisse que ce protocole MMN pourrait mesurer l’activité du SNM, cette thèse a comme but d’améliorer les connaissances quant à son utilisation chez l’adulte et l’enfant neurotypique ainsi que chez l’enfant TSA. Celui-ci pourrait ultimement être utilisé comme un biomarqueur potentiel du TSA. / Mirror-neuron system (NMS) has been suggested to underlie action understanding, which is believed to be involved in higher social functions such as empathy and imitation. Numerous studies have also provided indirect evidence supporting the existence of a MNS in the human brain using functional magnetic resonance imaging, transcranial magnetic stimulation, magnetoenceophalography and electroencephalography (EEG). As evidence relating MNS function with social cognition accumulated, its dysfunction was proposed to underlie social impairments in Autism Spectrum Disorder (ASD). Although some studies have reported structural and/or functional data supporting this hypothesis, it remains controversial. Indeed, the techniques used to probe MNS activity often require the participant to understand the task, display sustained attention and present spared visual cognitive functions, which could be altered in ASD population. This, in turn, could partly explain differences in MNS activity found between invididuals with ASD and neurotypical participants. The auditory mismatch negativity (MMN) protocol has recently been proposed as a viable tool to assess MNS activity using action-related sounds. This relatively short oddball paradigm does not require visual, attentional or language skills and can be performed with minimal electrode installation (minimal use of 4 electrodes). This action-related MMN may therefore be well-suited to investigate MNS function in very young children or populations with mental disabilities, such as ASD. The first article of this thesis assessed the convergent validity of the action-related MMN protocol with a mu rhythm suppression paradigm, which is the most commonly used EEG measure of MNS activity. To do so, both protocols were consecutively administered in healthy adults in the same experimental session. While both techniques successfully 4 modulated the fronto-central and central brain regions using action-related stimuli, they did not correlate significantly. This suggests that the two techniques may not probe the same aspects of MNS function. The second article aimed at investigating MNS activity in children with ASD using the action-related MMN protocol. Data were compared to age-matched typically developing children. We show that children with ASD present an opposite pattern to that of control children : whereas MMN latencies are shorter for action-related sounds compared to control sounds in neurotypical children, the opposite pattern is observed in children with ASD. Furthermore, although the two groups present different response patterns with regards to action-related sounds, they repond similarly to control sounds. For amplitude measurements, children with ASD display reduced amplitude to action-related sounds produced by the mouth compared to neurotypical children. In summary, this thesis aimed at determining whether and action-related MMN protocol could be used to measure MNS activity in neurotypical adults and children, as well as in ASD children. The action-related MMN could potentially be used as a biological biomarker of ASD pending further studies.