Ce travail de thèse a pour objectif d'aider à la compréhension neuropathophysiologique des troubles de l'humeur. Les nombreuses études s'intéressant à ce type de pathologie font face à un manque d'outil objectif de catégorisation de la maladie et donc à des difficultés dans le diagnostic différentiel. Les modifications neurofonctionnelles sont majoritairement basées sur deux modèles : le modèle de l'hypofrontalité, qui explique l'état dépressif par une diminution de l'activité des zones corticales frontales et une augmentation de celle des régions sous-corticales ; et le modèle de l'asymétrie interhémisphérique, intégré aux théories sur la latéralisation des émotions, qui fait du déséquilibre fonctionnel interhémisphérique (hémisphère droit plus actif que le gauche) le corrélat neurologique aux troubles de l'humeur. Malgré tous les efforts d'élimination de biais méthodologiques les chercheurs ne trouvent pas de consensus. Le but de cette recherche est de trouver des indicateurs objectifs du trouble dépressif par des techniques psychophysiques (oculométrie) et neurophysiologiques (excitabilité corticale). Nous avons donc suivi des patients recevant des traitements pharmacologiques ou des cures de stimulation magnétique transcrânienne (TMS) afin d'observer les effets de ces derniers et de voir si des déséquilibres, qu'ils soient intra- ou inter-hémisphériques, peuvent être mis en évidence et alors aider dans le choix du traitement. Nos résultats mettent en évidence la variabilité interindividuelle qui suppose que chaque patient peut présenter une pathophysiologie différente. Par ailleurs, le suivi de patients bipolaires dans les différentes phases thymiques suggère une inversion des déficits entre les phases maniaques et dépressives. Plusieurs corrélats pourraient donc engendrer une humeur dépressive et le choix d'une cure rTMS latéralisée pourrait être guidée par les modifications observées.

Les hallucinations auditives (HA) sont présentes chez 70% à 80% des patients atteints de schizophrénie et sont résistantes aux traitements pharmacologiques dans environs 25% cas. Ces symptômes induisent une détresse importante chez les sujets et grèvent le pronostic. Dans ce travail, nous avons mis en avant des altérations cérébrales spécifiques aux HA chez des patients atteints de schizophrénie. Dans une première étude, en utilisant la méthode de DTI, nous avons montré que les patients atteints de schizophrénie avec HA ont une intégrité du faisceau arqué, supérieure à celle mesurée chez des patients atteints de schizophrénie sans HA. Dans une seconde étude, en utilisant la méthode de SRM, nous avons montré une augmentation de NAA, reflet du métabolisme neuronal, dans le cortex préfrontal dorsolatéral de l'hémisphère droit chez les patients atteints de schizophrénie avec HA comparé au CPFDL gauche et à des patients atteints de schizophrénie sans HA. Dans ces deux études, le taux de NAA du CPFDL droit et l'intégrité du faisceau arqué ont été associés à la sévérité des HA présentes chez les patients. Dans notre dernière étude, nous avons montré une association entre le taux de BDNF périphérique, marqueur de la plasticité neuronale, et le taux de NAA mesuré dans le CPFDL droit, chez les patients atteints de schizophrénie résistante. Ces résultats montrent qu'il existe une pathophysiologie spécifique des HA chez les patients atteints de schizophrénie et mettent en avant l'importance de stratifier les patients sur la base de leurs symptômes prédominants dans les futures études pathophysiologiques de la schizophrénie / Auditory hallucinations (AH) are present in 70% to 80% of patients with schizophrenia and are resistant to pharmacological treatments in 25% of cases. These symptoms induce significant distress in patients and predict a bad prognosis. In this work we have highlighted cerebral alterations specific to AH in patients suffer from schizophrenia. In a first study, using DTI method, we showed that patients with schizophrenia and AH have an arcuate fasciculus integrity, reflected by the measurement of fractional anisotropy (FA) greater than the one measured in patients with schizophrenia without AH. In a second study, using MRS method, we showed an increase of NAA level measured in the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) in the right hemisphere in patients with schizophrenia and AH compared to the DLPFC in the left hemisphere and compared to patients with schizophrenia and without AH. Moreover, in these two studies we showed an association between AH severity and the arcuate fasciculus integrity in the left hemisphere and an association between AH severity and NAA levels in the right DLPFC. Finally, in our last study, we quantified BDNF levels using ELISA method and showed an association between peripheral BDNF level, a marker of neuronal plasticity, and NAA levels in the right DLPFC, marker of neuronal metabolism, in patients with treatment-resistant schizophrenia. These results show that there is a specific pathophysiology of AH in patients with schizophrenia and highlight the importance of stratifying patients on the basis of their predominant symptoms in future pathophysiological studies of schizophrenia

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire de maîtrise présenté en vue de l'obtention de la maîtrise en psychologie (M. Sc) / L'humeur, en tant qu’élément central dans notre perception du monde, englobe diverses émotions et affecte grandement le bien-être mental et physiologique. Une régulation efficace de l'humeur est vitale pour un fonctionnement quotidien normal et tout dérèglement peut mener à des troubles psychologiques majeurs comme la dépression. Au niveau cérébral, le système de récompense, en particulier le cortex préfrontal dorsolatéral gauche (CPFdl) et ses projections dopaminergiques, joue un rôle central dans la régulation de l'humeur et du plaisir. De nombreuses recherches montrent maintenant que l’écoute de la musique influence notre humeur, en agissant sur le système de récompense. En outre, la stimulation magnétique transcrânienne répétitive excitatrice (SMTr) ciblant le CPFdl gauche a donné des résultats prometteurs en modifiant l'humeur et l'activité du système de récompense, ainsi qu'en modulant le plaisir perçu et la motivation pendant l'écoute de la musique en augmentant l'excitabilité et la plasticité corticales. Cependant, les études existantes sur l'impact de la SMTr sur l'humeur des personnes en bonne santé aboutissent à des résultats contradictoires, et l'effet conjoint de la SMTr et de la musique sur l'humeur reste inexploré. Cette étude vise donc à déterminer si la SMTr excitatrice peut augmenter les effets de la musique sur l'humeur chez des volontaires sains. Plus précisément, nous souhaitons valider l'impact de la musique, de la SMTr et de leur application combinée sur l'humeur des participants. Vingt-quatre participants ont suivi quatre sessions expérimentales, comprenant soit la SMTr seule, l’écoute de la musique seule, la SMTr associée à l’écoute de la musique, ou les conditions placebo/sham. L'humeur des participants a été évaluée à l'aide d'un questionnaire sur l'humeur et d'enregistrements de l'activité électrodermale (EDA) avant et après les stimuli. Les résultats ont révélé une amélioration significative de l'humeur générale et de l'humeur positive, ainsi qu'une diminution significative de l'humeur négative au cours de la séance de musique seule, ce qui indique l'efficacité de la musique en tant qu'intervention pour améliorer l'humeur. À l'inverse, la séance de SMTr seule a entraîné une diminution de l'humeur positive et une augmentation de l'humeur négative, ce qui suggère un effet négatif potentiel de la SMTr sur l'humeur. . Dans la session SMTr + musique, on a observé une tendance à l'amélioration de l'humeur, ce que nous interprétons comme le fait que l'application de la SMTr sur le CPFdl gauche a entrainé une baisse de l'humeur, tandis que l'écoute de la musique contrecarrait cet effet en induisant une humeur positive et en réduisant l'humeur négative.En conclusion, les résultats de cette étude soulignent le potentiel de la musique en tant qu'intervention visant à améliorer l'humeur. En outre, les résultats suggèrent que la SMTr excitatrice ciblant le CPFdl gauche peut entraîner une baisse de l'humeur. Il est nécessaire de poursuivre les recherches dans ce domaine, notamment en explorant d'autres combinaisons de stimuli, telles que la SMTr excitatrice sur le CPFdl droit associée à la musique, afin de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents et d'optimiser l'utilisation de ces interventions pour la régulation de l'humeur. Ces recherches supplémentaires permettront de mieux comprendre la modulation de l'humeur et d'améliorer l'efficacité des interventions dans ce domaine. / Mood, as a central element in our perception of the world, encompasses a variety of emotions and greatly affects mental and physiological well-being. Effective mood regulation is vital for normal daily functioning, and any disruption can lead to major psychological disorders such as depression. At the cerebral level, the reward system, in particular, the left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) and its dopaminergic projections, plays a central role in regulating mood and pleasure. A large body of research now shows that listening to music influences our mood, by affecting the reward system. In addition, excitatory repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) targeting the left DLPFC has shown promising results in altering mood and the reward system activity, as well as modulating perceived pleasure and motivation during music listening by increasing cortical excitability and plasticity. However, existing studies on the impact of rTMS on mood in healthy individuals yield conflicting results, and the joint effect of rTMS and music on mood remains unexplored. This study aims to determine whether excitatory rTMS can enhance the effects of music on mood in healthy volunteers. More specifically, we aim to validate the impact of music, rTMS, and their combined application on participants' mood. Twenty-four participants completed four experimental sessions, comprising either rTMS alone, listening to music alone, rTMS + music, or placebo/sham conditions. Participants' mood was assessed using a mood questionnaire and electrodermal activity (EDA) recordings before and after the stimuli. Results revealed a significant improvement in overall mood and positive mood, as well as a significant decrease in negative mood during the music-only session, indicating the effectiveness of music as a mood-enhancing intervention. Conversely, the rTMS session alone resulted in a decrease in positive mood and an increase in negative mood, suggesting a potential negative effect of rTMS on mood. In rTMS + music session, there was a trend in mood improvement, which we interpret as meaning that applying rTMS to the left DLPFC resulted in a decrease in the mood while listening to music counteracted this effect by inducing positive mood and reducing negative mood. In conclusion, the results of this study underline the potential of music as a mood-enhancing intervention. In addition, the results suggest that excitatory rTMS targeting the left DLPFC may lead to a decrease in mood. Further research in this area is necessary, including exploring alternative combinations of stimuli, such as excitatory rTMS on the right DLPFC in conjunction with music to better understand the underlying mechanisms and optimize the use of these interventions for mood regulation. This additional research will contribute to a more comprehensive understanding of mood modulation and enhance the effectiveness of interventions in this field.

Le traitement visuel répété d’un visage inconnu entraîne une suppression de l’activité neuronale dans les régions préférentielles aux visages du cortex occipito-temporal. Cette «suppression neuronale» (SN) est un mécanisme primitif hautement impliqué dans l’apprentissage de visages, pouvant être détecté par une réduction de l’amplitude de la composante N170, un potentiel relié à l’événement (PRE), au-dessus du cortex occipito-temporal. Le cortex préfrontal dorsolatéral (CPDL) influence le traitement et l’encodage visuel, mais sa contribution à la SN de la N170 demeure inconnue. Nous avons utilisé la stimulation électrique transcrânienne à courant direct (SETCD) pour moduler l’excitabilité corticale du CPDL de 14 adultes sains lors de l’apprentissage de visages inconnus. Trois conditions de stimulation étaient utilisées: inhibition à droite, excitation à droite et placebo. Pendant l’apprentissage, l’EEG était enregistré afin d’évaluer la SN de la P100, la N170 et la P300. Trois jours suivant l’apprentissage, une tâche de reconnaissance était administrée où les performances en pourcentage de bonnes réponses et temps de réaction (TR) étaient enregistrées. Les résultats indiquent que la condition d’excitation à droite a facilité la SN de la N170 et a augmentée l’amplitude de la P300, entraînant une reconnaissance des visages plus rapide à long-terme. À l’inverse, la condition d’inhibition à droite a causé une augmentation de l’amplitude de la N170 et des TR plus lents, sans affecter la P300. Ces résultats sont les premiers à démontrer que la modulation d’excitabilité du CPDL puisse influencer l’encodage visuel de visages inconnus, soulignant l’importance du CPDL dans les mécanismes d’apprentissage de base. / Repeated visual processing of an unfamiliar face suppresses neural activity in face-specific areas of the occipito-temporal cortex. This "repetition suppression" (RS) is a primitive mechanism involved in learning of unfamiliar faces, which can be detected through amplitude reduction of the N170 event-related potential (ERP). The dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) exerts top-down influence on early visual processing. However, its contribution to N170 RS and learning of unfamiliar faces remains unclear. Transcranial direct current stimulation (tDCS) transiently increases or decreases cortical excitability, as a function of polarity. We hypothesized that DLPFC excitability modulation by tDCS would cause polarity-dependent modulations of N170 RS during encoding of unfamiliar faces. tDCS-induced N170 RS enhancement would improve long-term recognition reaction time (RT) and/or accuracy rates, whereas N170 RS impairment would compromise recognition ability. Participants underwent three tDCS conditions in random order at ~72 hour intervals: right anodal/left cathodal, right cathodal/left anodal and sham. Immediately following tDCS conditions, an EEG was recorded during encoding of unfamiliar faces for assessment of P100 and N170 visual ERPs. P300 was analyzed to detect prefrontal function modulation. Recognition tasks were administered ~72 hours following encoding. Results indicate the right anodal/left cathodal condition facilitated N170 RS and induced larger P300 amplitudes, leading to faster recognition RT. Conversely, the right cathodal/left anodal condition caused increases in N170 amplitudes and RT, but did not affect P300. These data are the first to demonstrate that DLPFC excitability modulation can influence early visual encoding of unfamiliar faces, highlighting the importance of DLPFC in basic learning mechanisms.

Le traitement visuel répété d’un visage inconnu entraîne une suppression de l’activité neuronale dans les régions préférentielles aux visages du cortex occipito-temporal. Cette «suppression neuronale» (SN) est un mécanisme primitif hautement impliqué dans l’apprentissage de visages, pouvant être détecté par une réduction de l’amplitude de la composante N170, un potentiel relié à l’événement (PRE), au-dessus du cortex occipito-temporal. Le cortex préfrontal dorsolatéral (CPDL) influence le traitement et l’encodage visuel, mais sa contribution à la SN de la N170 demeure inconnue. Nous avons utilisé la stimulation électrique transcrânienne à courant direct (SETCD) pour moduler l’excitabilité corticale du CPDL de 14 adultes sains lors de l’apprentissage de visages inconnus. Trois conditions de stimulation étaient utilisées: inhibition à droite, excitation à droite et placebo. Pendant l’apprentissage, l’EEG était enregistré afin d’évaluer la SN de la P100, la N170 et la P300. Trois jours suivant l’apprentissage, une tâche de reconnaissance était administrée où les performances en pourcentage de bonnes réponses et temps de réaction (TR) étaient enregistrées. Les résultats indiquent que la condition d’excitation à droite a facilité la SN de la N170 et a augmentée l’amplitude de la P300, entraînant une reconnaissance des visages plus rapide à long-terme. À l’inverse, la condition d’inhibition à droite a causé une augmentation de l’amplitude de la N170 et des TR plus lents, sans affecter la P300. Ces résultats sont les premiers à démontrer que la modulation d’excitabilité du CPDL puisse influencer l’encodage visuel de visages inconnus, soulignant l’importance du CPDL dans les mécanismes d’apprentissage de base. / Repeated visual processing of an unfamiliar face suppresses neural activity in face-specific areas of the occipito-temporal cortex. This "repetition suppression" (RS) is a primitive mechanism involved in learning of unfamiliar faces, which can be detected through amplitude reduction of the N170 event-related potential (ERP). The dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) exerts top-down influence on early visual processing. However, its contribution to N170 RS and learning of unfamiliar faces remains unclear. Transcranial direct current stimulation (tDCS) transiently increases or decreases cortical excitability, as a function of polarity. We hypothesized that DLPFC excitability modulation by tDCS would cause polarity-dependent modulations of N170 RS during encoding of unfamiliar faces. tDCS-induced N170 RS enhancement would improve long-term recognition reaction time (RT) and/or accuracy rates, whereas N170 RS impairment would compromise recognition ability. Participants underwent three tDCS conditions in random order at ~72 hour intervals: right anodal/left cathodal, right cathodal/left anodal and sham. Immediately following tDCS conditions, an EEG was recorded during encoding of unfamiliar faces for assessment of P100 and N170 visual ERPs. P300 was analyzed to detect prefrontal function modulation. Recognition tasks were administered ~72 hours following encoding. Results indicate the right anodal/left cathodal condition facilitated N170 RS and induced larger P300 amplitudes, leading to faster recognition RT. Conversely, the right cathodal/left anodal condition caused increases in N170 amplitudes and RT, but did not affect P300. These data are the first to demonstrate that DLPFC excitability modulation can influence early visual encoding of unfamiliar faces, highlighting the importance of DLPFC in basic learning mechanisms.

La recherche des dernières décennies nous a offert une compréhension détaillée des processus par lesquels les aires visuelles du cerveau reconstituent les signaux physiques de l’environnement pour en générer des représentations. Cependant, la proposition selon laquelle la perception serait également le produit d’inférences et attentes, qui nous permettraient d’interpréter plus exactement les informations entrantes à l’aide d’expériences passées, est récurrente dans l’histoire des neurosciences cognitives. Le predictive coding (PC), qui est actuellement un modèle influent de la perception, propose qu’un des rôles principaux du cerveau est de prédire les informations entrantes. L’apprentissage visuel serait ainsi orienté en fonction d’informations n’ayant pas été correctement prédites ou d’erreurs de prédiction. Le PC est associé depuis quelques années par le phénomène de suppression neuronale (SN), où la réduction graduelle de l’activité cérébrale associée au traitement répété d’un stimulus, représenterait la réduction des erreurs de prédiction. Cette thèse propose premièrement que bien que la SN puisse être le reflet d’un processus assimilable au PC, celle-ci ne le représente possiblement qu’en partie. Une mesure additionnelle reflétant la correction ou l’ajustement des prédictions déclenché par l’erreur de prédiction serait alors nécessaire. Dans un premier temps, une revue critique des principaux courants de la recherche sur l’apprentissage est présentée sous la forme d’un chapitre de livre du domaine plus large du développement des capacités d’apprentissage. Celle-ci permet de préciser les aspects fondamentaux de l’habituation, la SN et la capacité à associer des éléments en mémoire, ainsi que l’importance de caractériser ces phénomènes aussi pleinement que possible par l’utilisation de nouvelles mesures, ce qui motive les études expérimentales présentées subséquemment. Par la suite, une première étude visant à identifier une mesure complémentaire à celle de la SN reflétant un processus d’ajustement de prédictions est présentée. Cette mesure, nommée entropie multi-échelles (EME), offre une estimation de la quantité d’information d’un signal électroencéphalographique (EEG) et de la capacité de traitement des réseaux neuronaux sous-jacents. La première hypothèse de cette étude était donc que la SN serait accompagnée d’une augmentation de l’EME au-dessus de la région occipito-temporale lors d’un apprentissage de visages. Puisque les phénomènes reflétés par la SN et l’EME s’appuieraient sur la contribution de régions distantes dont le cortex préfrontal dorsolatéral, la deuxième hypothèse était que ces mesures seraient altérées par une modulation exogène de l’activité de cette région préfrontale par stimulation électrique transcrânienne à courant direct (SETCD). Les résultats ont montré que le signal EEG présentait à la fois une SN et une augmentation de l’EME avec l’apprentissage. De plus, la modulation préfrontale par SETCD a entraîné des variations de l’EME de la région occipito-temporale, sans toutefois avoir un impact sur la mesure de SN. La première étude suggère ainsi que la SN et l’EME reflètent des mécanismes cérébraux impliqués dans l’apprentissage visuel et compatibles au modèle de PC. Dans la deuxième étude, l’hypothèse d’une association entre les mesures de SN et d’EME a été reprise, cette fois dans le contexte d’un apprentissage visuel relationnel, étant donné le potentiel que représente les connaissances d’associations passées entre items pour la génération de prédictions. Dans ce contexte, des effets de SN et d’augmentation d’EME ont été obtenus à nouveau et étaient associées à la réussite de l’encodage d’associations de visages-paysages. Un deuxième aspect de cette étude visait à investiguer la présence d’effets semblables chez de jeunes enfants sains, étant donné plusieurs études suggérant que le PC et la mémoire relationnelle soient fonctionnels dans la première année de vie. Cependant, étant donné l’absence d’effets dans ce groupe, les résultats de la deuxième étude suggèrent que la présence du PC tôt dans le développement s’appuie possiblement sur d’autres ressources que la mémoire relationnelle. Les études de cette thèse sont une première démonstration du potentiel que représentent les mesures de SN et d’EME dans la compréhension des mécanismes qui sous-tendent la perception et l’apprentissage visuel. / Research over the last decades has offered detailed knowledge of the processes by which visual areas use physical signals from the environment to represent it accurately. However, the proposition that perception also relies on inferences and predictions based on past experience to allow more efficiency in the interpretation of incoming signals has been recurrent throughout the history of cognitive neuroscience. In recent years, the predictive coding (PC) model, which proposes that the brain acts as a predictor of incoming information, has been influential in this field. Learning is therefore driven by prediction error and encoding is essentially restricted to unpredicted inputs, thus allowing adjustments to predictions. PC has been associated with repetition suppression (RS), whereby the gradual reduction in brain responses associated with the repeated processing of a stimulus is thought to represent prediction error reduction. This thesis proposes that although RS may be attributable to a PC process, it may not represent it fully. To do so would necessitate the use of an additional measure reflecting prediction adjustments carried out as a consequence of prediction error. A critical review of the principal currents in the cerebral mechanisms underlying learning is presented first. This review underlines the fundamental aspects of habituation, RS and the ability to associate elements to one another in memory and the importance of characterizing these phenomena fully using new measures of learning, which motivates the experimental studies presented next. Then, a study aimed at identifying a measure complementary to RS and reflecting a prediction adjustment process is presented. This measure, named multiscale entropy (MSE), offers an estimation of the information content of an electroencephalogram (EEG), and of the underlying neural networks. The first study’s main hypothesis was that RS would be accompanied with an increase in MSE over occipito-temporal areas during learning of faces. As the processes reflected by these measures would rely on distal contributions including the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC), the second hypothesis was that exogenous modulation of this region using transcranial direct current stimulation (tDCS) would alter RS and MSE effects found over occipito-temporal cortex. As predicted by hypotheses, EEG signal showed both RS and MSE increase from the first presentation of a face to the second over occipito-temporal sites. Additionally, prefrontal tDCS modulated brain signal complexity over right occipito-temporal cortex during learning, but did not influence RS over the same region. The first study therefore suggests that RS and MSE reflect mechanisms involved in learning of visual stimuli that appear compatible with the PC account of perception and learning. In the second study the hypothesis of an association between RS and MSE increase was investigated again, this time in the context of a visual relational memory task, given the high potential past associations of items represent for prediction generation. In this context, RS and MSE increase effects were replicated in study trials leading to correct associations of face-landscape pairings. The second study also investigated the presence of similar effects in a sample of young healthy children, given that recent studies have found evidence of both PC mechanisms and relational memory ability emerging in the first year of life. However, given the lack of effects in this sample of participants, we suggest that while PC mechanisms may emerge early, relational memory may contribute later in the course of development. Together, the studies presented in this thesis represent the first demonstration of the potential the combined use of measures of RS and signal complexity represent in further understanding the cerebral underpinnings of visual perception and learning.