*L'association d'une lésion préfrontale médiale et cingulaire antérieure bilatérales, avec une lésion insulaire pourrait être le facteur déterminant du syndrome d 'asymbolie à la douleur chez nos malades. *L'absence de P300 somesthésique sur le scalp (malgré un comptage correct),pourrait être déterminée par des lésions des générateurs et des groupes" antécédents" et "gâchettes". *Cette absence tend à démontrer que I'asymbolie à la douleur représente vraisemblablement une indifférence affective, non seulement à la douleur, mais aussi à la stimulation non douloureuse. *ll est tout à fait souhaitable d' étudier de nouveaux cas pour vérifier ces données. *Les futures recherches électrophysiologiques sur l'asymbolie à la douleur devront tenir compte des potentiels évoqués cognitifs dans les trois modalités (auditive,visuelle et somesthésique ) afin d'observer si I'asymbolie à la douleur est une atteinte plurisensorielle ou non.

Outre le stress chronique, la douleur chronique représente une cause majeure de dépression. En effet, environ 50% des patients qui souffrent d’une douleur chronique développent des troubles de l’humeur. Les perturbations des structures cérébrales impliquées dans la perception de la douleur pourraient contribuer à cette comorbidité, dont les mécanismes restent pourtant mal compris. Nous avons étudié l’implication du cortex cingulaire antérieur (CCA) dans les conséquences sensorielles et émotionnelles de la douleur neuropathique dans un modèle murin. Nous avons montré qu’une lésion du CCA ou une inhibition des neurones pyramidaux du CCA préviennent l’émergence des désordres émotionnels dans notre modèle. De plus, nos résultats indiquent que ces conséquences émotionnelles coïncident avec une hyperactivité neuronale dans le CCA. En conclusion, nous montrons que le CCA est une structure clé pour la dépression induite par la douleur neuropathique. / Besides chronic stress, chronic pain is one of the prevalent determinants for depression. Indeed, around 50% of chronic pain patients develop mood disorders. Alterations in brain regions implicated in pain processing may also be involved in affective processing, thus potentially be responsible of mood disorders. However, the underlying mechanisms of this comorbidity are not yet elucidated. Here, we studied the role of the anterior cingulate cortex (ACC) in the somatosensory, aversive and anxiodepressive consequences of neuropathic pain. We showed that a permanent lesion or temporal inhibition of ACC pyramidal neurons blocked the development or suppressed the expression of an anxiodepressive phenotype in neuropathic mice. In addition, anxiodepressive-like behavior coincided with ACC hyperactivity. In conclusion we show that the ACC is a critical hub for neuropathic pain-induced depression.

L'adaptation comportementale est primordiale pour faire face à l'environnement flexible dans lequel les individus évoluent chaque Jour, notamment par l'élaboration de comportements d'exploration ou de vérification. Le cortex préfrontal a depuis longtemps été considéré comme le siège du contrôle exécutif nécessaire à la genèse de ces comportements. Deux régions semblent essentielles: le cortex préfrontal latéral (LPFC) et le cortex midcingulaire (MCC). Bien que diverses théories attribuent à ces régions les fonctions d'évaluation des performances et de contrôle cognitif respectivement, leurs rôles dans les comportements de recherche d'information restent imprécis, et cela malgré l'apport potentiel aussi bien dans un contexte normal que pathologique (i.e. troubles obsessionnels compulsifs). Pour mieux comprendre la spécificité de ces régions dans les comportements d’exploration, les travaux que nous avons menés au cours de cette thèse emploient différentes approches comportementales et électrophysiologiques chez les primates humains et non humains. Ils ont permis de (1) raffiner la compréhension de l'implication des régions frontales dans le contrôle cognitif et l'effort attentionnel, (2) développer des tâches comportementales induisant des vérifications, basées sur le Jugement des performances ou l'évaluation de l'environnement, et (3) souligner la spécificité des comportements de vérification. En particulier, nos enregistrements intracérébraux chez le singe en comportement montrent l'importance du MCC pour signaler le besoin d'explorer sur la base de l'évaluation des performances, tandis que le LPFC contribue à la mise en oeuvre de la conduite comportementale à adopter / Behavioural adaptation is an essential element of our quest to survive and flourish in a volatile environment, in particular by the use of exploration and verification behaviours. The prefrontal cortex has long been considered a critical source of these behaviours given it role in executive control. Two regions appear to be particularly critical – the lateral prefrontal cortex (LPFC), and the midcingulate cortex (MCC). Although numerous theories associate these regions with the functions of performance evaluation and cognitive control, the role of these regions in the search for information remains lacking, despite the importance of these behaviours and their apparent role in pathologies such as obsessive compulsive disorders. This thesis seeks to understand the specific roles of these regions in exploratory behaviours, employing a range of behavioural and electrophysiological techniques in both human and non human primates. The work here helps to refine our understanding of the role of frontal cortical regions in cognitive control and attentional effort. Moreover, we have developed a number of behavioural tasks that induce verification behavior based on subjects’ evaluation of their own performance or on an evaluation of the environment. Our work reveals the specificity of verification behaviour as well as specific roles for the MCC and LPFC in this search for information. Our intra cerebral recordings in monkeys working on such tasks underline the importance of the MCC for signalling the need to explore the environment on the basis of performance evaluation, whilst we have also shown the role of LPFC in the implementation of the necessary behavioural adaptations

Les mécanismes de décision impliqués dans le switching entre tâches à la base d'un indice a été étudié intensément, p.ex. la suspension de l'exécution d'une tâche pendant la réalisation d'une autre, avec une récompense fixe. Dans ce cas, le cortex frontopolaire (CFP) est impliqué quand les sujets doivent garder en tête un but principal pendant l'exécution de buts parallèles, et le cortex cingulaire antérieur (CCA) associerait les actions à leurs résultats. Pendant ma thèse, j'ai étudié le switching à différents niveaux d'abstraction de l'action dans la prise de décision fondée sur la valeur espérée: choisir librement d'un côté entre deux actions simples, de l'autre côté entre deux structures abstraites, i.e. des tâches. Les signaux BOLD ont été enregistrés en IRMf sur des sujets sains pendant une expérience d'apprentissage inversé probabiliste, avec des probabilités de récompenses stochastiques anti-corrélées. J'ai comparé des modèles d'apprentissage par renforcement et d'inférence bayésienne afin d'en déduire pour chaque sujet les valeurs des options, qui ont été régressées contre la réponse BOLD. Les résultats montrent une implication du cortex préfrontal ventromédian et du striatum au niveau des actions, et en contraste le CFP, le CCA et le cortex préfrontal dorsolatéral au niveau des tâches. Le CFP surveille les preuves en faveur de la tâche alternative, et le CCA témoigne d'un effet tâche, prédisant le switching entre tâches, mais pas entre actions. En outre, j'ai montré un engagement spécifique du réseau préfrontal dans la prise de décision fondée sur la valeur espérée de structures abstraites à travers des analyses de connectivité.

Le cortex cingulaire antérieur (CCA) est une région préfrontale située au centre d’un réseau permettant l’échange d’informations cognitives, motrices, limbiques et viscérales, la plaçant ainsi comme un sujet incontournable dans l’étude de pathologies complexes telles que les troubles anxio-dépressifs. Afin de pouvoir aborder ces pathologies chez la souris, nous avons établi par traçage neuronal le connectome complet des différentes aires composant le CCA. Nous avons ainsi montré qu’une grande majorité des structures de ce connectome communique de manière réciproque avec cette région et que, selon les aires cingulaires, des spécificités de densité d'innervation et de topographie peuvent exister. Ceci suggère des fonctions partagées mais également des rôles plus spécifiques à chaque aire. A partir de ce connectome, nous avons ensuite montré, par une approche optogénétique associée à des tests comportementaux, que l'activation répétée de la projection de l’amygdale au CCA est susceptible d'induire des comportements de type anxio-dépressif chez des souris naïves. Ce travail met donc en évidence le rôle d'une partie du connectome du CCA dans l'établissement des troubles de l'humeur. / The anterior cingulate cortex (ACC) is a prefrontal region located at the center of a network allowing the sharing of cognitive, motor, limbic and visceral information, placing it as an interesting target for the study of complex pathologies like mood disorders. To investigate these diseases in mice, we provided the complete connectome of each ACC areas by a tract-tracing approach. We demonstrated that the majority of structures constituting this connectome are reciprocally connected with the ACC and that some density and topographical connection specificities were observed among cingulate areas. These results potentially suggest some shared functions between cingulate areas, also completed by specific roles inherent to each area. Using this connectome, we demonstrated that the repeated activation of the amygdala projection to the ACC was able to induce anxiodepressive-like behaviors in naïve mice, by using optogenetics combined with behavioral tests. This study highlights for the first time the implication of a portion of the ACC connectome in the establishment of mood disorders.

Dans le cadre de la modélisation des pathologies anxio-dépressives, notre équipe a créé par des approches génétiques et pharmacologiques deux modèles de souris, les souris privées des récepteurs 5-HT1A et 5-HT1B de la sérotonine (5-HT1A/1B-/-) et les souris CORT ayant reçu une exposition chronique de corticostérone exogène (modèle CORT). Ces modèles présentent respectivement un phénotype hyper anxieux et anxio-dépressif. A l'aide de la technique des puces à ADN, nous avons tenté de caractériser le phénotype moléculaire des troubles comportementaux observés dans les différentes régions cérébrales cortico-limbiques de ces modèles et de rechercher les effets des antidépresseurs sur le transcriptome. Nos études ont montré que les états anxio-dépressifs induisent des changements transcriptomiques spécifiques des différentes régions cérébrales du circuit cortico-limbique. Les traitements antidépresseurs ont non seulement inversé ces changements moléculaires, mais également induit des transcriptions génomiques régionales spécifiques.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Contexte : Jusqu’à 90% des fumeurs qui tentent d’arrêter de fumer vont rechuter dans l’année suivant la date d’arrêt. L’impulsivité, au même titre que le « craving », a démontré être un bon facteur de prédiction de la rechute tabagique. Ainsi, la présente étude visait à évaluer, à l’aide de la neuroimagerie fonctionnelle, l’influence de l’impulsivité sur les mécanismes neuronaux du « craving » de la cigarette. Parmi les régions cérébrales impliquées dans le « craving » de la nicotine, les cortex préfrontal dorsolatéral, orbitofrontal et cingulaire sont d’importantes structures dans les processus de contrôle de soi. Méthodes : 31 fumeurs chroniques ont passé une session de neuroimagerie durant laquelle ils devaient regarder des images appétitives de cigarettes et des images neutres. Ils ont ensuite dû inscrire le « craving » ressenti à la vue des images et répondre à un questionnaire portant sur les traits de personnalité de l’impulsivité (BIS-11). Résultats : Tel qu’attendu, le score d’impulsivité était positivement corrélé au « craving » rapporté par les participants à la vue d’images de cigarettes. Au niveau cérébral, plus les fumeurs présentaient de forts traits d’impulsivité, moins grande était l’activité du cortex cingulaire postérieur (CCP) durant le « craving ». Enfin, l’activité du CCP présentait une connectivité fonctionnelle négative avec l’insula, le cortex préfrontal dorsolatéral et le cortex cingulaire antérieur. Conclusions : Comme le CCP est le siège des processus de mentalisation et de référence à soi, nous suggérons que plus les fumeurs étaient impulsifs, moins ils prenaient conscience de leur état et moins ils en exerçaient un contrôle, donc plus ils ressentaient de forts « cravings ». En poussant plus loin, nos résultats mettent l’accent sur l’aspect identitaire (le soi, les mémoires autobiographiques) et l’aspect d’introspection en toxicomanie : deux avenues à explorer. / Background: 90% of cigarette smokers attempting to quit smoking relapse by one-year following their quit date. Impulsivity, as well as cue-induced cravings, have been shown to be good predictors of relapse for tobacco smoking; however, no study to date has examined their interaction and its neural substrates. The goal of this study was to determine the neural influence of trait impulsivity during functional imaging of cue-induced cigarette cravings. Among the brain regions involved in nicotine craving, the dorsolateral prefrontal cortex, the orbitofrontal as well as the cingulate cortex all play a significant role in self-control processes. Methods: Thirty-one chronic smokers passively viewed appetitive smoking-related and neutral images while being scanned. Participants also reported their level of craving and completed the BIS-11, a measure of trait impulsivity. Results: As hypothesized, we observed a significant positive relationship between impulsivity scores and reported craving. Impulsivity scores were negatively correlated with activity in the posterior cingulate cortex (PCC). The insula, dorsal anterior cingulate cortex and dorsolateral prefrontal cortex presented a negative connectivity with the PCC. Conclusions: Given that the PCC is involved in mentalization and self-relevant processing, it is possible that greater trait impulsivity in smokers is associated to a lower tendency to understand and use one’s mental and physical state to guide behavior. This may weaken their capacity for self-control and consequently, promotes more automatic and stronger cue-elicited smoking urges. Furthermore, our results highlight the important but undervalued role of identity (the self and autobiographic memories) and mindfulness in addiction.

Objectif : Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre l’effet du stress sur la douleur aiguë et chronique. Devis expérimental : 16 patients souffrant de douleur chronique lombalgique et 18 sujets contrôles ont participé à une étude d’imagerie par résonance magnétique (IRM) et ont collecté des échantillons de salive afin de quantifier les niveaux d’hormone de stress (i.e. cortisol) la journée de l’étude (réponse réactive) et durant les sept jours consécutifs suivants (réponse basale). Étude 1 : Une première étude a examiné le lien entre les niveaux de cortisol basal, le volume de l’hippocampe et l’activité cérébrale évoquée par la douleur thermique chez des patients souffrant de douleur chronique et les sujets contrôles. Les résultats révèlent que les patients souffrant de douleur chronique avaient des niveaux de cortisol plus élevés que ceux des sujets contrôles. Chez ces patients, un niveau élevé de cortisol était associé à un plus petit volume de l'hippocampe et à davantage d’activation dans le gyrus parahippocampique antérieure (une région impliquée dans l'anxiété anticipatoire et l'apprentissage associatif). De plus, une analyse de médiation a montré que le niveau de cortisol basal et la force de la réponse parahippocampique explique statistiquement l’association négative entre le volume de l'hippocampe et l'intensité de la douleur chronique. Ces résultats suggèrent que l’activité endocrinienne plus élevée chez les patients ayant un plus petit hippocampe modifie le fonctionnement du complexe hippocampique et contribue à l’intensité de la douleur chronique. Étude 2 : La deuxième étude a évalué la contribution de la réponse de stress réactif aux différences interindividuelles dans la perception de la douleur aiguë chez des patients souffrant de douleur chronique et chez des sujets normaux. Les deux groupes ont montré des augmentations significatives du niveau de cortisol en réponse à des stimulations nocives administrées dans un contexte d’IRM suggérant ainsi que la réactivité de l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien est préservée chez les patients lombalgiques. De plus, les individus présentant une réponse hormonale de stress plus forte ont rapporté moins de douleur et ont montré une réduction de l'activation cérébrale dans le noyau accumbens, dans le cortex cingulaire antérieur (CCA), le cortex somatosensoriel primaire, et l'insula postérieure. Des analyses de médiation ont indiqué que la douleur liée à l'activité du CCA explique statistiquement la relation entre la réponse de stress et le désagrément de la douleur rapportée par les participants. Enfin, des analyses complémentaires ont révélé que le stress réduit la connectivité fonctionnelle entre le CCA et le tronc cérébral pendant la douleur aiguë. Ces résultats indiquent que le stress réactif module la douleur et contribue à la variabilité interindividuelle de l'activité cérébrale et la réponse affective à la douleur. Discussion : Conjointement, ces études suggèrent dans un premier temps que la douleur chronique peut être exacerbée par une réponse physiologique inadéquate de l'organisme exposé à un stress récurrent, et en un second temps, que le CCA contribuerait à l'analgésie induite par le stress. Sur le plan conceptuel, ces études renforcent le point de vue prédominant suggérant que la douleur chronique induit des changements dans les systèmes cérébraux régissant les fonctions motivationnelles et affective de la douleur. / Goal : This thesis aimed at better understanding the impact of stress on acute and chronic pain. Experimental design: 16 patients with chronic low back pain pain and 18 control subjects participated in a functional magnetic resonance imaging (fMRI) study and collected saliva samples to quantify the levels of stress hormone (ie cortisol) the day of study (reactive response) and during the following 7 consecutive days (basal response). Study 1: The first study examined the associations between basal levels of cortisol, the hippocampal volumes, and brain activation to thermal stimulations in the low back pain patients and the healthy controls. Results showed that CBP patients have higher levels of cortisol than controls. In these patients, higher cortisol was associated with smaller hippocampal volume and stronger pain-evoked activity in the anterior parahippocampal gyrus (PHG), a region involved in anticipatory-anxiety and associative learning. Importantly, the results revealed that the cortisol levels and phasic pain responses in the PHG of the patients mediated a negative association between the hippocampal volume and the chronic pain intensity. These findings support a stress model of chronic pain suggesting that the higher levels of endocrine activity observed in individuals with a smaller hippocampii induces changes in the function of the hippocampal complex that may contribute to the persistent pain states. Study 2: The second study assessed the magnitude of the acute stress response to the noxious thermal stimulations administered in a MRI environment and tested its possible contribution to individual differences in pain perception. The two groups showed similar significant increases in reactive cortisol across the scanning session when compared to their basal levels, suggesting normal hypothalamic–pituitary–adrenal axis reactivity to painful stressors in chronic back pain patients. Critically, individuals with stronger cortisol responses reported less pain unpleasantness and showed a reduction of BOLD activation in nucleus accumbens at the stimulus onset and in the anterior mid-cingulate cortex (aMCC), the primary somatosensory cortex, and the posterior insula during heat pain. Mediation analyses indicated that pain-related activity in the aMCC mediated the relationship between the reactive cortisol response and the pain unpleasantness reported by the participants. Psychophysiological interaction further revealed that stress reduced functional connectivity between the aMCC and the brainstem during pain. These findings indicate that acute stress responses modulate pain in humans and contribute to individual variability in pain affect and pain-related brain activity. Discussion: Taken together, these studies firstly support recent theories suggesting that chronic pain could be partly maintained by maladaptive physiological responses of the organism facing a recurrent stressor and secondly revealed the neural correlates of stress-induced analgesia. On a conceptual level, these findings are important because they strengthen the predominant view that chronic pain does not disrupt the acute response to stress and the sensory dimension of pain, but rather induces long-term changes in neural systems underlying affective-motivational functions.

L’ADHD (Attention-deficit/hyperactivity disorder) est une maladie du développement caractérisée par l’impulsivité, l’hyperactivité, et l’inattention. Les voies neuronales impliquées dans ces déficits indiquent des dysfonctionnements dans les réseaux catécholaminergiques frontal-sous-corticaux, impliquant l'innervation dopaminergique et noradrénergique. Des études récentes ont mis en évidence une hypersensibilité à la douleur chez les patients ADHD et soulignent une possible comorbidité entre l’ADHD et la douleur. Cependant, les mécanismes et les circuits neuraux impliqués dans ces interactions sont inconnus. Afin de décrypter cette relation, nous avons généré un modèle ADHD de souris à P5 par une lésion néonatale des voies dopaminergiques centrales avec la 6-Hydroxydopamine (6-OHDA) et nous avons démontré la validité du modèle pour mimer le syndrome ADHD. Ensuite, nous avons analysé les comportements douloureux dans le modèle de souris 6-OHDA. Ces derniers présentent un abaissement des seuils de la douleur, ce qui suggère que l’ADHD induit une sensibilisation à la douleur (comorbidité ADHD-Douleur). Nous avons confirmé à l’aide d’enregistrements extracellulaires unitaires, que les modifications de la sensibilité à la douleur des souris 6-OHDA sont dues à une augmentation de l’excitabilité des neurones nociceptifs de la moelle épinière. Cette sensibilisation passe donc par une altération de l’intégration sensorielle dans la moelle épinière via la mise en jeu de contrôles descendants. La connectivité "cortex cingulaire antérieur (ACC) – insula postérieur (PI)" est la clé dans cette comorbidité ADHD-douleur, impliquée dans les fonctions exécutives, les émotions et elle envoie aussi des projections vers la corne dorsale de la moelle épinière. En effet, en combinant les analyses électrophysiologiques, optogénétiques et comportementales, nous avons démontré que les effets de l’ADHD sur la sensibilisation douloureuse passent par la mise en jeu de l’ACC et de la voie ACC – PI. En conclusion, nous montrons que les conditions ADHD induisent une hyperactivation des neurones nociceptifs de la moelle épinière et une hypersensibilité à la douleur. Nous suggérons également que le circuit ACC – PI pourrait déclencher un dysfonctionnement des neurones de la moelle épinière sur la douleur dans les conditions ADHD. / Attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) is characterized by the core symptoms of inattention, hyperactivity and impulsivity. Neural pathways underlying these deficits point to deficits within frontal-subcortical catecholaminergic networks, involving dopaminergic and noradrenergic innervation. Hence, impairment of the dopaminergic neurotransmission is a frequent target of ADHD medication. Low-dose psychostimulants, including methylphenidate (MpH) and amphetamines (AMP) are the most widely used treatments of ADHD. Recent evidence pointed to pain hypersensitivity in subjects with ADHD history, and suggests possible comorbidity of ADHD with pain. However, the mechanisms and neural circuits involved in these interactions are unknown. In order to understand this comorbidity, the first objective was to create a good animal model of ADHD. We generated a mouse model at P5 by neonatal disruption of central dopaminergic pathways with 6-Hydroxydopamine (6-OHDA) and we demonstrated the validity of the model to mimic ADHD syndrome. Next, we analyzed nociceptive responses in the 6-OHDA mouse model of ADHD. We found that 6-OHDA mice exhibited a marked decrease of withdrawal thresholds, suggesting that ADHD increase nociceptive sensitivity. Interestingly, by using in vivo electrophysiological recordings, we demonstrated that allodynia and hyperalgesia may be caused by neuronal hyperexcitability in the dorsal spinal cord. Moreover, we found that both lowered wihdrawal threshold and increased activity of nociceptive neurons in ADHD-like mice was not normalized by MpH. We tested the hypothesis that descending controls are responsible for pain alterations through the modulation of spinal circuits. The ‘anterior cingulate cortex (ACC) – posterior insular (PI)’ connectivity is at the cross-road of ADHD and pain, being involved in executive functions and emotions, as well as sending projections to the dorsal horn of the spinal cord. By combining electrophysiological, optogenetic and behavioral analyzes, we have shown that the effects of ADHD on painful sensitization involve the implication of ACC and the ACC - PI pathway. In conclusion, we showed that ADHD conditions induce spinal cord nociceptive neurons hyperactivation and pain hypersensitivity. We also suggest that the ACC - PI circuit may trigger dysfunction of spinal cord neurons in ADHD conditions.