La maladie d’Alzheimer (MA) est à l’origine de la majorité des cas de démence chez les personnes âgées. Son diagnostic précoce est essentiel pour mieux comprendre les mécanismes cérébraux sous-tendant la manifestation phénotypique de la maladie et développer des interventions conséquentes. Le fait d’étudier des individus à risque de développer la MA, par exemple ceux présentant un déclin cognitif subjectif (DCS) ou un trouble cognitif léger (TCL), offre l’opportunité d’examiner les processus neuropathophysiologiques qui précèdent le stade démentiel. Cela permettrait, entre autres, d’identifier des biomarqueurs avant-coureurs de la maladie. Cette thèse avait pour but d’investiguer la présence d’hyperactivation cérébrale chez des individus à risque de développer la MA, et d’examiner les réseaux cérébraux fonctionnels associés à l’hyperactivation. L’hyperactivation se définit par la présence de niveaux supérieurs d’activation cérébrale chez des personnes faisant partie de groupes à risque pour la MA (p.ex. DCS ou TCL), comparativement à des participants contrôles cognitivement sains. L’hyperactivation est le plus souvent mesurée par l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) en condition de réalisation de tâche. Dans cette thèse, le lecteur ou la lectrice sera d’abord exposée aux études ayant utilisé l’IRMf pour examiner les patrons d’activation cérébrale et de connectivité fonctionnelle chez les individus ayant reçu un diagnostic clinique de MA, de TCL ou présentant un DCS. Les modèles théoriques découlant de ces études seront ensuite présentés. Afin de mieux comprendre le phénomène d’hyperactivation et sa relation avec les patrons de connectivité fonctionnelle, les divers enjeux scientifiques qui demeurent à être abordés seront ensuite décrits (Chapitre 1). Trois articles exposant les études empiriques formant le corps de la thèse seront ensuite présentés. La première étude avait pour but de documenter la présence, la localisation et l’évolution longitudinale de l’hyperactivation iv associée à une tâche de mémoire épisodique chez des individus qui rencontrent les critères de TCL et qui ont ultérieurement progressé vers une démence (Chapitre 2). La deuxième étude visait à déterminer la trajectoire de l’activation cérébrale associée à une tâche de mémoire associative en fonction du degré de sévérité de la maladie chez un groupe d’individus à risque de développer la MA. Elle avait également pour but de déterminer la présence d’hyperactivation chez des personnes rencontrant les critères de DCS plus (ou DCS+), qui sont des individus présentant une plainte de mémoire ainsi que des marqueurs génétiques et/ou de neurodégénérescence pour la MA (Chapitre 3). La troisième étude avait pour but d’examiner les réseaux cérébraux fonctionnels associés aux régions montrant de l’hyperactivation chez des individus à risque de développer la MA. Elle avait également pour objectif d’évaluer comment l’hyperactivation et ces réseaux cérébraux fonctionnels sont reliés aux performances en mémoire (Chapitre 4). Les résultats découlant de l’étude 1 ont permis de mettre en évidence la présence d’hyperactivation chez des individus présentant un TCL et ayant ultérieurement progressé vers le stade de démence. Les trouvailles de l’étude 2 indiquent qu’une fonction quadratique décrit la relation entre des indices de sévérité de la maladie et l’activation pariétale supérieure gauche chez un groupe d’individus à risque de développer la MA (DCS+ et TCL). Par ailleurs, des niveaux supérieurs d’activation, c’est-à-dire de l’hyperactivation, étaient retrouvés dans les hippocampes + et plusieurs régions temporo-pariétales dans le groupe d’individus DCS . Une hypoactivation pariétale supérieure gauche était plutôt retrouvée chez les individus TCL. Enfin, les résultats de l’étude 3 indiquent que l’hyperactivation de régions prédéterminées est associée à la dysfonction de réseaux cérébraux fonctionnels impliqués dans les processus de mémoire associative dans le DCS+ et le TCL. De plus, ces interactions hyperactivation-réseaux étaient associées à une symptomatologie cognitive croissante. Les implications de cette thèse et ses limites sont abordées dans la discussion (Chapitre 5). / Alzheimer's disease (AD) is the most common cause of dementia in older adults. Its early diagnosis is essential to better understand the brain mechanisms underlying the phenotypical manifestation of the disease and develop consequent interventions. The study of individuals at risk of AD, for example those presenting with subjective cognitive decline (SCD) or mild cognitive impairment (MCI), offers the opportunity to examine the neuropathophysiological processes preceding the dementia stage. This would allow, among other things, to identify early biomarkers of the disease. The general aim of this thesis was to determine the presence of cerebral hyperactivation and to assess functional brain networks associated with hyperactivation. Hyperactivation is defined by the presence of higher levels of brain activation in individuals at risk of AD (i.e. SCD, MCI) in comparison to cognitively healthy controls. Hyperactivation is most often measured with functional magnetic resonance imaging (fMRI) while participants perform a cognitive task. In this thesis, the reader will first be exposed to the studies which used fMRI to examine patterns of brain activation and connectivity in individuals with a clinical diagnosis of AD, MCI or presenting with SCD. Theoretical models resulting from these studies will then be presented. The scientific issues remaining to be addressed to better understand the phenomenon of hyperactivation and its relation to functional brain networks will then be described (Chapter 1). Three empirical studies forming the core of this thesis will be presented. The first study aimed to assess the presence, localization and longitudinal evolution of hyperactivation associated with an episodic memory task in individuals meeting criteria for MCI and having subsequently progressed towards dementia (Chapter 2). The second study aimed to determine the trajectory of brain activation associated with an associative memory task as a function of disease severity in a group of individuals at risk of AD. It also aimed to determine if hyperactivation is present in viii participants meeting criteria for SCD plus (or SCD+), who are individuals presenting with memory complaint in addition to genetic and/or neurodegeneresence markers of AD (Chapter 3). The third and last study aimed to examine patterns of functional connectivity related to regions of hyperactivation, and to assess how hyperactivation and its associated functional networks relate to memory performance in individuals at risk of AD (Chapter 4). Results from the first study highlighted the presence of hyperactivation in individuals with MCI who subsequently progressed to the dementia stage. Findings from the second study revealed a quadratic function describing the relationship between proxies of disease severity (neurodegeneration, memory performance) and left superior parietal activation in a group of individuals at risk of AD (SCD+ and MCI). Moreover, higher levels of activation, i.e. hyperactivation, were found in hippocampal and temporo-parietal regions in the SCD+ group. Hypoactivation was rather found in the left superior parietal area in the MCI group. Finally, results from the third study revealed that hyperactivation of predetermined regions was associated with dysfunction of functional brain networks underlying associative memory in SCD+ and MCI. Moreover, these hyperactivation-network interactions were associated with increasing symptomatology. The implications of this thesis and its limits are addressed in the discussion section (Chapter 5).

La mémoire épisodique est la fonction neurocognitive humaine permettant de se souvenir des événements passés situés dans leur contexte spatio-temporel ainsi que de se rappeler d'exécuter des actions futures spécifiques et d'imaginer des événements futurs variés. Comme d'autres capacités complexes, son développement est lié à d'autres fonctions telles que les fonctions exécutives et la théorie de l'esprit. Elle peut être évaluée avec du matériel de laboratoire nécessitant une mémorisation de nouvelles informations et d'actions futures à réaliser plus tard (mémoires rétrospective et prospective, respectivement), ainsi que via des événements personnels (rappel du passé et imagination du futur ou mémoire autobiographique passée et future, respectivement). L'objectif de cette thèse était, d'une part, de comparer les aspects passé et futur de la mémoire épisodique dans une approche développementale de l'enfant d'âge scolaire au jeune adulte, tout en explorant les mécanismes sous-jacents. D'autre part, le but était également de comparer des tâches autobiographiques et des tâches de laboratoire plus écologiques en réalité virtuelle.Les résultats suggèrent un développement plus progressif de l'aspect futur de la mémoire épisodique (plus de différences chez les enfants), tandis que l'aspect passé semble être bien développé à l'adolescence. Concernant les mécanismes, les performances aux tâches autobiographique et en réalité virtuelle (corrélées entre elles) sont liées aux fonctions exécutives et aux capacités narratives ; de plus, les capacités de rappel lors du test de réalité virtuelle dépendent des fonctions exécutives, la mémoire autobiographique passée et future et la théorie de l'esprit (seulement pour le futur), tandis que les capacités de mémoire autobiographique dépendent de la mémoire du futur en réalité virtuelle en plus des fonctions exécutives et de l'âge.Ces données démontrent que malgré un développement plus progressif de l'aspect futur que passé de la mémoire épisodique, le fonctionnement mnésique dans des environnements virtuels est comparable à la mémoire au quotidien, compte tenu de leurs inter-corrélations et de leurs mécanismes au moins en partie communs. Par ailleurs, les tâches de réalité virtuelle peuvent trouver toute leur utilité dans l'évaluation des patients pédiatriques neurologiques dont les déficits mnésiques peuvent être plus ou moins subtils et se refléter plus aux contextes quotidiens qu'aux contextes des évaluations de type papier-crayon. / Episodic memory is the uniquely human neurocognitive function that enables us to recall past events situated in their spatio-temporal context and to remember to carry out specific future actions as well as imagine various personal future events. As all complex abilities, its functioning is linked to other cognitive capacities such as executive functions and theory of mind. It can be assessed with laboratory-based materials requiring the memorization of information and future actions to be recalled later (retrospective and prospective memory, respectively) and via personal events (recalling past ones and imagining future ones or past and future autobiographical memory, respectively). The aim of this thesis was, on the one hand, to compare both past and future aspects of episodic memory functioning in a wide developmental age span (from young schoolchildren to young adults), and to explore underlying developmental mechanisms. On the other hand, we also aimed to compare personal events¿ (autobiographical) tasks with more ecological laboratory tasks using virtual reality. Results suggest a more progressive development of the future aspect of episodic memory (more differences between children), whereas both retrospective and past autobiographical memory seem to be quite functional by adolescence. Regarding mechanisms, both autobiographical and virtual reality performance, in addition to correlating with each other, are linked to executive functions and narrative abilities; also, memory abilities assessed via virtual reality depend on executive functions, past and future autobiographical memory and (only future memory) on theory of mind performance, whereas autobiographical memory abilities depend on virtual reality-based future memory in addition to executive functions and age. Our data demonstrate that despite a more progressive development of the future aspect of episodic memory than of its past aspect, memory functioning in virtual environments is indeed comparable to daily life memory, as these abilities are strongly inter-linked and have at least partly common mechanisms. Also, virtual reality tasks can be used for memory assessments in pediatric neurological patients whose potential memory deficits can be more or less subtle and thus more detectable in daily life contexts as opposed to paper-and-pencil types of contexts.