Master of Science / Department of Psychology / Jerome Frieman / Male and female Phodopus campbelli were investigated for kin recognition abilities, assessed by kin discrimination of bedding, urine, fecal, or midventral glandular secretion odors. Using a habituation-discrimination paradigm, subjects were presented either the odors of a pair of their own brothers (C[subscript 1]) or a pair of brothers that were unrelated to them (C[subscript 2]). All subjects were then presented with a final test discrimination odor from a male donor unrelated to themselves or the first donors. All subjects differentiated between the bedding and glandular odors of two unrelated males, regardless of condition assignment. Subjects did not statistically differentiate between the odors of two brothers. These results suggest Phodopus campbelli are capable of recognizing kin based on bedding and midventral gland odors.

Nous lisons, voyons et entendons des nouvelles provenant de diverses sources médiatiques quotidiennement. Des études ont montré que la majorité de ces nouvelles étaient négatives et pouvaient avoir des conséquences néfastes sur la santé. Le journalisme constructif est né en réaction à la surabondance de nouvelles négatives et vise à créer des nouvelles plus positives et engageantes. Basé sur une étude de notre laboratoire ayant montré que les nouvelles négatives augmentaient la réactivité au stress et la mémoire, le présent projet de recherche a évalué de façon expérimentale les effets de nouvelles positives sur la réactivité au stress, la mémoire et les affects. De jeunes adultes ont été exposés à des nouvelles positives ou neutres, puis à un stresseur psychosocial en laboratoire. Nous avons mesuré leurs affects à trois reprises et avons collecté des échantillons de salive (intervalles de 10 minutes) pour mesurer le cortisol, une hormone de stress. Vingt-quatre heures plus tard, nous avons testé leur rappel des nouvelles. Les résultats n’ont révélé aucun effet des nouvelles positives ou neutres sur les hormones de stress, la mémoire ou les affects des participants. Ainsi, contrairement aux effets des nouvelles négatives rapportés dans les études précédentes, les nouvelles positives et neutres ne semblent pas associées à une augmentation de la réactivité au stress, de la mémoire et des affects négatifs. Des mécanismes potentiels sont abordés dans l’article scientifique et élaborés plus en détail dans ce mémoire, dans le but de générer de nouvelles hypothèses pour de futures études. / We read, see and hear news from various media sources on a daily basis. Studies have shown that a majority of the news is negative and can have adverse effects on physiological and psychological health. Constructive journalism was born as a reaction to the overabundance of negative news. This form of journalism aims to create more positive and engaging news. Based on a study from our laboratory that showed that exposure to negative news increased stress reactivity and memory in women, this project experimentally evaluated the effects of positive news on stress reactivity, memory, and affect. Young adults were exposed to positive or neutral news and then to a psychosocial stressor in the laboratory. We measured their affect three times and collected saliva samples (at 10-minute intervals) to measure their stress hormones. Twenty-four hours later, we tested their news recall. The results revealed no effect of positive or neutral news on participants' stress hormones, memory, or affect. Thus, in contrast to the effects of negative news reported in previous studies, positive and neutral news were not associated with increased stress reactivity, memory and negative affect. The mechanisms that might explain why positive news does not affect young adults are discussed in the scientific article and elaborated further in this thesis, with the goal of generating new hypotheses that can be tested in future studies.

Doctor of Philosophy / Department of Psychology / Stephen W. Kiefer / Exposing rats to differential rearing conditions, during early post-weaning development, has been shown to produce changes in a number of behaviors displayed during adulthood. The purpose of the current study was to investigate whether rearing alcohol-preferring (P) and non-preferring (NP) rats in an environmental enrichment condition (EC), a social condition (SC), or an impoverished condition (IC) would differentially affect the consumption of and operant responding for 10% ethanol. In Experiment 1 rats were tested for both limited access and free access (two bottle choice between water and ethanol) consumption of 10% ethanol. For, Experiment 2 rats were trained to respond in an operant chamber for ethanol and then provided concurrent access to 10% ethanol (right lever) and water (left lever). After concurrent access, rats were required to respond over a gradually increasing fixed-ratio schedule for 10% ethanol and finally a progressive ratio schedule for 10% ethanol, 15% ethanol, and 10% sucrose. For Experiment 3 rats were trained to respond for 10% sucrose and then assessed for the maintenance of operant responding for 10% sucrose. The data from this series of experiments shows that EC P rats consumed, responded for, and preferred 10% ethanol significantly less than their IC P counterparts. Also, EC P rats did not significantly differ from NP rats during any aspect of testing for all experiments. Experiment 3 failed to reveal a significant effect of rearing although there was a line effect that has been previously observed in the literature. Thus, it would appear from these results that rearing in an EC condition acts to protect alcohol-preferring rats from increased levels of consumption of, preference for, and responding for ethanol compared to rearing in an impoverished environment.

Thèse de doctorat réalisé en cotutelle avec l'Université catholique de Louvain, Belgique (Faculté de médecine, Institut de Neuroscience) / Percevoir et synchroniser ses mouvements à une pulsation régulière en musique est une capacité largement répandue chez l’Homme, et fondamentale aux comportements musicaux. La pulsation et la métrique en musique désignent généralement une organisation temporelle périodique perçue à partir de stimuli acoustiques complexes, et cette organisation perceptuelle implique souvent une mise en mouvement périodique spontanée du corps. Cependant, les mécanismes neuraux sous-tendant cette perception sont à l’heure actuelle encore méconnus. Le présent travail a donc eu pour objectif de développer une nouvelle approche expérimentale, inspirée par l’approche électrophysiologique des potentiels évoqués stationnaires, afin d’explorer les corrélats neuraux à la base de notre perception de la pulsation et de la métrique induite à l’écoute de rythmes musicaux. L’activité neurale évoquée en relation avec la perception d’une pulsation a été enregistrée par électroencéphalographie (EEG) chez des individus sains, dans divers contextes : (1) dans un contexte d’imagerie mentale d’une métrique appliquée de manière endogène sur un stimulus auditif, (2) dans un contexte d’induction spontanée d’une pulsation à l’écoute de patterns rythmiques musicaux, (3) dans un contexte d’interaction multisensorielle, et (4) dans un contexte de synchronisation sensorimotrice. Pris dans leur ensemble, les résultats de ces études corroborent l’hypothèse selon laquelle la perception de la pulsation en musique est sous-tendue par des processus de synchronisation et de résonance de l’activité neurale dans le cerveau humain. De plus, ces résultats suggèrent que l’approche développée dans le présent travail pourrait apporter un éclairage significatif pour comprendre les mécanismes neuraux de la perception de la pulsation et des rythmes musicaux, et, dans une perspective plus générale, pour explorer les mécanismes de synchronisation neurale. / The ability to perceive a regular beat in music and synchronize to it is a widespread human skill. Fundamental to musical behavior, beat and meter refer to the perception of periodicities while listening to musical rhythms, and usually involve spontaneous entrainment to move on these periodicities. However, the neural mechanisms underlying entrainment to beat and meter in Humans remain unclear. The present work tests a novel experimental approach, inspired by the steady-state evoked potential method, to explore the neural dynamics supporting the perception of rhythmic inputs. Using human electroencephalography (EEG), neural responses to beat and meter were recorded in various contexts: (1) mental imagery of meter, (2) spontaneous induction of a beat from rhythmic patterns, (3) multisensory integration, and (4) sensorimotor synchronization. Our results support the view that entrainment and resonance phenomena subtend the processing of musical rhythms in the human brain. Furthermore, our results suggest that this novel approach could help investigating the link between the phenomenology of musical beat and meter and neurophysiological evidence of a bias towards periodicities arising under certain circumstances in the nervous system. Hence, entrainment to music provides an original framework to explore general entrainment phenomena occurring at various levels, from the inter-neural to the inter-individual level.

Le somnambulisme est une parasomnie commune, caractérisée par des éveils incomplets lors des stades de sommeil lent, au cours desquels les individus atteints présentent des comportements moteurs d’une complexité variable accompagnés de confusion et d’un jugement altéré. La littérature actuelle suggère que ce trouble serait associé à des particularités de l’activité en ondes lentes et des oscillations lentes, deux indices de l’intégrité du processus homéostatique et de la profondeur du sommeil. Toutefois, en raison de certaines lacunes méthodologiques dans les études existantes, le rôle de ces marqueurs électroencéphalographiques dans la pathophysiologie du somnambulisme reste à éclaircir. Notre premier article a donc investigué d’éventuelles anomalies de l’activité en ondes lentes et des oscillations lentes chez les somnambules, en comparant leur sommeil au cours de la nuit entière à celui de participants contrôles. De plus, comme les somnambules semblent réagir différemment (en termes de fragmentation du sommeil notamment) des dormeurs normaux à une pression homéostatique accrue, nous avons comparé l’activité en ondes lentes et les oscillations lentes en nuit de base et suite à une privation de sommeil de 38 heures. Les résultats de nos enregistrements électroencéphalographiques chez 10 somnambules adultes et neuf participants contrôles montrent une élévation de la puissance spectrale de l’activité en ondes lentes et de la densité des oscillations lentes en nuit de récupération par rapport à la nuit de base pour nos deux groupes. Toutefois, contrairement à plusieurs études précédentes, nous ne n’observons pas de différence entre somnambules et dormeurs normaux quant à l’activité en ondes lentes et aux oscillations lentes pour aucune des deux nuits. Au-delà ce certaines considérations méthodologiques ayant pu contribuer à ce résultat inattendu, nous croyons qu’il justifie un questionnement sur l’hétérogénéité des somnambules comme population. Notre deuxième article s’est penché sur les facteurs électroencéphalographiques transitoires susceptibles d’être associés au déclenchement des épisodes de somnambulisme. Nous avons comparé les fluctuations d’activité en ondes lentes et des oscillations lentes dans les minutes avant des épisodes de somnambulisme spontanés (c.a.d.: non associés à un stimulus identifiable) à celles survenant avant des éveils normaux comparables chez 12 somnambules adultes. Nous montrons que, comparativement aux éveils normaux, les épisodes de somnambulisme sont précédés d’un sommeil plus profond, tel qu’indiqué par une plus grande densité spectrale de l’activité en ondes lentes et une plus grande densité des oscillations lentes. Cet approfondissement du sommeil, spécifique aux épisodes de somnambulisme, semble survenir sur un laps de temps relativement long (>3 minutes), et non abruptement au cours des secondes précédant l’épisode. Ces données ouvrent un questionnement quant aux mécanismes en jeu dans la survenue des épisodes de somnambulisme spontanés. Globalement, cette thèse suggère que des phénomènes liés à l’activité en ondes lentes et aux oscillations lentes seraient liés au déclenchement des épisodes de somnambulisme, mais que des études supplémentaires devront être menées afin de délimiter le rôle précis que ces marqueurs jouent dans la pathophysiologie du somnambulisme. / Sleepwalking is a common parasomnia characterized by sudden but incomplete arousals out of non-rapid eye movement sleep during which predisposed individuals display motor behaviours of various complexity, accompanied by mental confusion and altered judgement. A growing body of evidence suggests that this condition could be associated with atypical patterns in slow wave activity and slow oscillations, both markers of the integrity of the homeostasis process and of sleep intensity. However, due to methodological limitations in past studies, the role of these electroencephalographic markers in the pathophysiology of sleepwalking remains unclear. Our first article aimed at describing slow wave activity and slow oscillations abnormalities in sleepwalkers by comparing whole night sleep in 10 adult sleepwalkers and 9 control participants. In addition, since past studies have shown that increased homeostatic pressure has differential effects on sleepwalkers versus normal controls (e.g., in terms of sleep fragmentation), we compared slow wave activity and slow oscillations during baseline sleep and recovery sleep after 38 hours of sleep deprivation in patients and controls. Results show that sleep deprivation increases slow wave activity power density and slow oscillations density in both groups. However, contrary to our predictions, no group differences were noted on any of the two nights on slow wave activity or slow oscillations. Beyond methodological considerations which may partially account for this unexpected result, this study opens questions as to the homogeneity of sleepwalkers as a clinical population. Our second study focused on transient electroencephalographic fluctuations that may be associated with the onset of sleepwalking episodes. We compared slow wave activity and slow oscillations fluctuations in the moments leading up to spontaneous (that is, occurring without an identifiable internal or external stimuli) somnambulistic episodes recorded in the sleep laboratory in 12 adult sleepwalkers and comparing these patterns to those observed prior to non-behavioural awakenings observed in the same patients. We showed that when compared to non-behavioural awakenings from the same sleep stage and sleep period, somnambulistic episodes were preceded by deeper sleep, as indicated by higher slow wave activity power density and slow oscillations density. This deepening of sleepwalkers’ sleep occurs over a relatively long period of time (>3 minutes) before the episode, rather than abruptly in the seconds preceding episode onset. These findings raise key questions about fundamental mechanisms involved in the occurrence of spontaneously recorded somnambulistic episodes. Taken as a whole, the results from the work presented in this thesis show that electrophysiological processes related to slow wave activity and slow oscillations play a role in the occurrence of somnambulistic episodes. However, the functional significance of these electroencephalographic markers in the pathophysiology of sleepwalking remains to be clarified.

Le processus de vieillissement humain est un processus complexe qui varie grandement d’une personne à l’autre. Malgré l’ampleur des recherches faites sur le sujet, il reste encore beaucoup à explorer et à comprendre. Cette thèse propose trois expériences qui nous permettent d’améliorer notre compréhension des changements qui s’opèrent dans la mémoire de travail visuelle et l’attention visuospatiale avec la prise en âge. La première expérience propose d’examiner les changements dans les capacités de mémoire de travail visuelle entre des jeunes adultes, des adultes âgés sains et des personnes atteintes de trouble cognitif léger (TCL). De plus, grâce à un suivi fait avec les personnes ayant un TCL, nous avons pu examiner si des différences existaient au niveau comportemental entre les âgés qui ont déclinés vers un type de démence et ceux dont l’état est resté stable. Plusieurs techniques peuvent être utilisées pour étudier les effets du vieillissement sur le cerveau. Les tests neuropsychologiques et les tâches comportementales présentées dans la première expérience en sont un exemple. La neuroimagerie peut aussi s’avérer particulièrement utile. En effet, certaines mesures électrophysiologiques, aussi appelées potentiels reliés aux évènements (PRE), sont associées à des fonctions cognitives précises. Ces composantes nous permettent de suivre ces processus et d’observer les modulations causées par les caractéristiques des stimuli ou l’âge par exemple. C’est le cas de la N2pc (négativité 2 postérieure controlatérale) et de la SPCN (sustained posterior contralateral negativity), des composantes électrophysiologiques liées respectivement à l’attention visuospatiale et la mémoire de travail visuelle. On connait bien ces deux composantes ainsi que les facteurs qui les modulent, or elles sont peu utilisées pour les changements qui occurrent dans l’attention et la mémoire de travail visuelle dans le cadre du processus de vieillissement. Les deuxième et troisième expériences proposent d’utiliser une tâche de recherche visuelle (nombre d’items de couleur et identification d’une relation spatiale entre deux items de couleur) afin d’explorer les changements observables sur ces composantes électrophysiologiques. La deuxième expérience examine l’efficacité d’un paradigme à présentations multiples (‘multiple frame’) afin de mesurer la N2pc et la SPCN chez de jeunes adultes. La troisième expérience a pour but d’examiner les effets du vieillissement normal sur l’amplitude et la latence de la N2pc et la SPCN en utilisant le même type de tâche de recherche visuelle. / Human ageing is a complex process that varies a lot from one person to the other. Despite the scope of research of that subject, there is still a lot to explore. This thesis proposes three experiments that will help increase our understanding of the many changes in visual working memory and visuospatial attention seen in ageing. The first experiment assesses the changes in visual working memory capacities between young adults, healthy older adults, and persons with MCI. Furthermore, we were able to do a follow-up with the persons with MCI and determine which ones remained in a stable cognitive state and the ones that decline toward mild dementia, providing us with the opportunity to test for potential behavioral differences allowing us to distinguish between them. Many techniques, such as neuropsychological tests and behavioral tasks, can be used to study the effects of ageing on the brain. Neuroimaging techniques can be particularly useful. In fact, many electrophysiological measures, called event-related potentials (ERPs), are linked to specific cognitive functions which allow us to follow those processes and observe the modulations caused by stimuli characteristics or ageing for example. This is the case of the N2pc (negativity 2 posterior contralateral) and the SPCN (sustained posterior contralateral negativity), two ERPs linked to visuospatial attention and visual working memory. While they are both well-known in the literature, not many studies are using them as a way to examine the changes appearing in the visuospatial attention and the visual working memory during the normal ageing process. The second and third experiment use a visual search task (including 2 conditions: counting the number of items presented and identify a specific spatial relation between 2 coloured items) to explore the changes seen on those ERPs. The second experiment wants to assess the efficiency of a multiple frame paradigm to measure the N2pc and the SPCN with young adults. The third experiment wants to examine the effects of normal ageing on the amplitude and the latency of the two components using the same type of visual search task.

Des interventions ciblant l’amélioration cognitive sont de plus en plus à l’intérêt dans nombreux domaines, y compris la neuropsychologie. Bien qu'il existe de nombreuses méthodes pour maximiser le potentiel cognitif de quelqu’un, ils sont rarement appuyé par la recherche scientifique. D’abord, ce mémoire examine brièvement l'état des interventions d'amélioration cognitives. Il décrit premièrement les faiblesses observées dans ces pratiques et par conséquent il établit un modèle standard contre lequel on pourrait et devrait évaluer les diverses techniques ciblant l'amélioration cognitive. Une étude de recherche est ensuite présenté qui considère un nouvel outil de l'amélioration cognitive, une tâche d’entrainement perceptivo-cognitive : 3-dimensional multiple object tracking (3D-MOT). Il examine les preuves actuelles pour le 3D-MOT auprès du modèle standard proposé. Les résultats de ce projet démontrent de l’augmentation dans les capacités d’attention, de mémoire de travail visuel et de vitesse de traitement d’information. Cette étude représente la première étape dans la démarche vers l’établissement du 3D-MOT comme un outil d’amélioration cognitive. / Cognitive enhancement is a domain of burgeoning interest in many domains including neuropsychology. While there are different methods that exist in order to achieve cognitive enhancement, there are few that are supported by research. The current work examines the state of cognitive enhancement interventions. It first outlines the weaknesses observed in these practices and then proposes a standard template for assessing cognitive enhancement tools. A research study is then presented that examines a novel cognitive enhancement tool, 3-dimensional multiple object tracking (3D-MOT), and weighs the current evidence for 3D-MOT against the proposed standard template. The results of the current work demonstrate that 3D-MOT is effective in enhancing attention, working memory and visual information processing speed, and represent a first step toward establishing 3D-MOT as a cognitive enhancement tool.

Zebrafish, a novel vertebrate model organism, has a high nucleotide sequence homology with human genes. Its transparent and fast developing embryo allows the analysis of physiological and anatomical characteristics, many of which are similar to those of mammals. Although the prolific nature of zebrafish can facilitate genetic studies, linking genes and behaviour is difficult because behaviour is not well investigated in zebrafish. The aim of this project is to develop robust behavioural tests that can quantify shoaling with conspecifics and fear responses to natural predators. Eight conditions using different computer-animated stimuli were used to induce behavioural responses. The results demonstrate that shoaling behaviours and fear responses can be successfully induced. More importantly, the behaviours caused by the computer-animated images confirm previous research findings using natural conspecifics and predators. Thus, computer-animated images will help standardize behavioural tests in zebrafish and will lead the way to more sophisticated and better controlled experiments.

Zebrafish, a novel vertebrate model organism, has a high nucleotide sequence homology with human genes. Its transparent and fast developing embryo allows the analysis of physiological and anatomical characteristics, many of which are similar to those of mammals. Although the prolific nature of zebrafish can facilitate genetic studies, linking genes and behaviour is difficult because behaviour is not well investigated in zebrafish. The aim of this project is to develop robust behavioural tests that can quantify shoaling with conspecifics and fear responses to natural predators. Eight conditions using different computer-animated stimuli were used to induce behavioural responses. The results demonstrate that shoaling behaviours and fear responses can be successfully induced. More importantly, the behaviours caused by the computer-animated images confirm previous research findings using natural conspecifics and predators. Thus, computer-animated images will help standardize behavioural tests in zebrafish and will lead the way to more sophisticated and better controlled experiments.

Percevoir et synchroniser ses mouvements à une pulsation régulière en musique est une capacité largement répandue chez l’Homme, et fondamentale aux comportements musicaux. La pulsation et la métrique en musique désignent généralement une organisation temporelle périodique perçue à partir de stimuli acoustiques complexes, et cette organisation perceptuelle implique souvent une mise en mouvement périodique spontanée du corps. Cependant, les mécanismes neuraux sous-tendant cette perception sont à l’heure actuelle encore méconnus. Le présent travail a donc eu pour objectif de développer une nouvelle approche expérimentale, inspirée par l’approche électrophysiologique des potentiels évoqués stationnaires, afin d’explorer les corrélats neuraux à la base de notre perception de la pulsation et de la métrique induite à l’écoute de rythmes musicaux. L’activité neurale évoquée en relation avec la perception d’une pulsation a été enregistrée par électroencéphalographie (EEG) chez des individus sains, dans divers contextes : (1) dans un contexte d’imagerie mentale d’une métrique appliquée de manière endogène sur un stimulus auditif, (2) dans un contexte d’induction spontanée d’une pulsation à l’écoute de patterns rythmiques musicaux, (3) dans un contexte d’interaction multisensorielle, et (4) dans un contexte de synchronisation sensorimotrice. Pris dans leur ensemble, les résultats de ces études corroborent l’hypothèse selon laquelle la perception de la pulsation en musique est sous-tendue par des processus de synchronisation et de résonance de l’activité neurale dans le cerveau humain. De plus, ces résultats suggèrent que l’approche développée dans le présent travail pourrait apporter un éclairage significatif pour comprendre les mécanismes neuraux de la perception de la pulsation et des rythmes musicaux, et, dans une perspective plus générale, pour explorer les mécanismes de synchronisation neurale. / The ability to perceive a regular beat in music and synchronize to it is a widespread human skill. Fundamental to musical behavior, beat and meter refer to the perception of periodicities while listening to musical rhythms, and usually involve spontaneous entrainment to move on these periodicities. However, the neural mechanisms underlying entrainment to beat and meter in Humans remain unclear. The present work tests a novel experimental approach, inspired by the steady-state evoked potential method, to explore the neural dynamics supporting the perception of rhythmic inputs. Using human electroencephalography (EEG), neural responses to beat and meter were recorded in various contexts: (1) mental imagery of meter, (2) spontaneous induction of a beat from rhythmic patterns, (3) multisensory integration, and (4) sensorimotor synchronization. Our results support the view that entrainment and resonance phenomena subtend the processing of musical rhythms in the human brain. Furthermore, our results suggest that this novel approach could help investigating the link between the phenomenology of musical beat and meter and neurophysiological evidence of a bias towards periodicities arising under certain circumstances in the nervous system. Hence, entrainment to music provides an original framework to explore general entrainment phenomena occurring at various levels, from the inter-neural to the inter-individual level. / Thèse de doctorat réalisé en cotutelle avec l'Université catholique de Louvain, Belgique (Faculté de médecine, Institut de Neuroscience)