Le traumatisme crânien léger (TCL) est l'un des troubles neurologiques les plus courants affectant la santé publique. Aussi, les troubles du sommeil sont fréquents chez les patients atteints de TCL. Les études chez les rongeurs montrent que certains marqueurs de plasticité synaptique diminuent après le TCL, ce qui pourrait nuire à la plasticité du cerveau. Nous suggérons que la perte de sommeil intensifie l'effet négatif de TCL, qui peut refléter les changements des marqueurs de plasticité synaptique ou des changements des voies physiologiques qui régulent le sommeil. En utilisant un modèle de traumatisme crânien sur crâne fermé (closed head injury), nous avons étudié la relation bidirectionnelle entre le TCL et le sommeil en évaluant les effets de TCL sur l’activité électrique du cerveau par électroencéphalographie (EEG), et ceux de la privation de sommeil (PS) sur l'expression génique post-TCL. Premièrement, l'activité EEG a été enregistrée pour voir si l'architecture du sommeil est altérée suite au TCL. Nous avons ensuite voulu tester si la PS suite TCL induit des changements dans l'expression des gènes : Arc, Homer1a, Hif1a, Bdnf, Fos et éphrines, qui ont été liés à la plasticité synaptique et à la régulation du sommeil. Nous avons également étudié l'effet de la PS post-TCL sur le génome complet dans les régions cibles (cortex et l'hippocampe). Les principaux résultats obtenus dans cette étude confirment que TCL modifie de manière significative l'activité spectrale pendant l'éveil, le sommeil Rapid Eye Movement (REM) et le sommeil non-REM dans le deuxième 24 heures post-TCL. Fait intéressant, la capacité de maintenir de longues périodes d'éveil a été altérée immédiatement après TCL (première 24h post-TCL). La dynamique de l'activité delta pendant l'éveil a été modifié par le TCL. Parallèlement à ces modifications, des changements dans l'expression des gènes ont été observés dans le cortex et l'hippocampe. Seulement Arc et EfnA3 ont montré une interaction TCL / PS et ce dans l’hippocampe, tandis que l'expression de tous les autres gènes semblait être affectée par la PS ou TCL indépendamment. Nos résultats montrent pour la première fois que le TCL induit l'expression de deux chimiokines (Ccl3 et Cxcl5) à la fois dans le cortex cérébral et l'hippocampe 2,5 jours post-TCL. Également, nous avons observé que le TCL induit une diminution de l'expression de Lgals3 et S100A8 dans le cortex, et une augmentation d’Olig2 dans l'hippocampe. Les résultats concernant les effets de la PS sur le génome complet du cortex et de l'hippocampe montrent des changements significatifs dans les gènes impliqués dans diverses fonctions physiologiques, telles que les rythmes circadiens, la réponse inflammatoire, ainsi que de l'activation des cellules gliales. En général, nos résultats précisent les changements dans la qualité de l’éveil ainsi que dans l'expression de divers gènes après TCL. / Mild traumatic brain injury (mTBI) is one of the most common neurological disorders affecting public health. Sleep disorders are common in patients with mTBI. Studies in rodents show that some synaptic plasticity markers decreased after mTBI which could impair brain plasticity. We suggest that sleep loss intensifies the negative effect of mTBI, which may reflect changes of synaptic plasticity markers or changes of different physiological pathway that regulates the sleep process. Using a "closed head injury" model, we have studied the bidirectional relationship between mTBI and sleep by investigating the effects of mTBI on sleep structure, and that of sleep deprivation (SD) on gene expression post-mTBI. First, EEG activity was monitored to investigate if sleep architecture is altered following mTBI. We then tested if SD, following mTBI, induces changes in gene expression of plasticity markers (Arc, Homer1a, Hif1a, Bdnf, Fos, and Ephrins), which have also been linked to sleep regulation. We also investigated the effect of SD post-mTBI on genome wide gene expression in target regions. The main results obtained in this study confirm that mTBI affects wakefulness, and significantly changes spectral activity during wakefulness, rapid eye movement (REM) sleep, and non-REM sleep on the second 24 hours post-TCL. Interestingly, the capacity to sustain long bouts of wakefulness was impaired immediately after mTBI. In addition, delta activity time course was altered by mTBI during wakefulness. In parallel to these alterations, changes in gene expression were observed. Only Arc and EfnA3 showed a mTBI/SD interaction in the hippocampus specifically, whereas expression of all other genes seemed to be affected by SD or mTBI independently. Our results indicate for the first time that the TCL induced the expression of two chemokines (Ccl3 and Cxcl5) in the cerebral cortex and hippocampus 2.5 days post-TCL. Also, we observed that the TCL induces a decrease in the expression of Lgals3 and S100A8 in the cortex, and an increase of Olig2 in the hippocampus.Results of SD effects on genome wide gene expression in the cortex and hippocampus show significant changes in genes involved in various physiological functions, such as circadian rhythms, inflammation, and also glial cell activation. In general, our results precise changes in wakefulness as well as in expression of various genes after mTBI.

Les troubles respiratoires du sommeil ont une prévalence élevée dans la population générale, l’apnée obstructive du sommeil étant le plus important de ces troubles. Malgré tout, une grande proportion des patients avec apnée ne sont pas diagnostiqués. La méthode la plus complète pour diagnostiquer l’apnée est l’enregistrement d’une nuit de sommeil par polysomnographie, aussi appelée enregistrement de type 1, qui est un processus long et coûteux. Pour surmonter ces difficultés, des appareils d’enregistrements portables (ou de type 3) ont été développés. Toutefois, ces enregistrements de type 3 ne capturent pas l’activité cérébrale, mesurée avec l’électroencéphalographie (EEG). Le présent mémoire décrit une étude comparative entre les enregistrements de type 1 et de type 3. Tous les événements respiratoires d’apnée, d’hypopnée et d’éveils liés à un effort respiratoire (RERA, en anglais) seront analysés ainsi que les éveils cérébraux (ou éveils EEG) et les éveils autonomiques. Ces éveils autonomiques se définissent par une hausse de la fréquence cardiaque suite à un événement respiratoire. Pour enrichir les analyses, les variables respiratoires suivantes ont été étudiées : une chute de la saturation en oxygène de 4 % (ODI), l’index d’apnée-hypopnée (IAH), l’indice de perturbations respiratoires avec apnées + hypopnées + RERAs et les éveils EEG (RDIe, en anglais) et le RDI incluant les éveils autonomiques définis par une augmentation de la fréquence cardiaque de 5 bpm (RDIa5). L’objectif de la présente étude est d’évaluer la proportion d’événements respiratoires avec éveils autonomiques ainsi que leur impact sur le RDI des enregistrements de type 1 et 3. L’hypothèse suggère que les événements avec éveils autonomiques auraient un plus grand impact sur le RDI des enregistrements de type 3 contrairement au type 1. Cette étude inclut 72 sujets ayant suivi un enregistrement de polysomnographie complète de type 1 ainsi que 79 sujets différents ayant suivi un enregistrement ambulatoire de type 3. Les analyses suivantes ont été effectuées : 1) les pourcentages d’événements associés avec seulement des éveils autonomiques dans les enregistrements de type 1 et de type 3 ; 2) les fréquences de migration entre les catégories basses et élevées de sévérité de l’AHI en prenant en compte les événements associés avec seulement des éveils autonomiques ; 3) les Bland-Altman (B-A) pour mesurer l’accord entre l’AHI, le RDIe et le RDIa5 (type 1), et entre l’AHI et le RDIa5 (type 3) et ; 4) les corrélations de Pearson et les coefficients de corrélation intraclasse (ICC) pour mesurer l’accord entre l’AHI, le RDIe et le RDIa5 (type 1), et entre l’AHI et le RDIa5 (type 3). L’utilisation du critère de RDIa5 permet d’ajouter 49 % d’événements comptés avec l’AHI pour les enregistrements de type 1, et 51 % d’événements pour ceux de type 3. La présente étude montre que les éveils autonomiques ont un impact similaire autant pour le RDI des enregistrements de type 3 que de type 1. En conclusion, on peut affirmer que le RDIa5 est acceptable et fiable pour les enregistrements de type 3. / The general adult population has a high prevalence of sleep breathing disorders, of which obstructive sleep apnea is the most common, yet many cases remain undiagnosed. Although overnight laboratory polysomnography, called type 1 recording, is the most effective diagnostic tool, it is expensive and time-consuming. To overcome these disadvantages, several portable home (type 3) recording devices have been developed. However, they do not measure brain activity (with EEG). This study presents a comparison between type 1 and type 3 recordings. All apnea, hypopnea, and RERA respiratory events were analyzed, as well as cerebral arousals (EEG arousals) and autonomic arousals. Autonomic arousals are defined by increased heart rate following a respiratory event. To enrich the analysis, the following respiratory outcome measures were included: 4% oxygen saturation index (ODI), apnea-hypopnea index (AHI), respiratory disturbance index with apneas + hypopneas + RERAs including EEG arousals (RDIe), and RDI including autonomic arousals scored as an increase of 5 bpm (RDIa5). The objective of this study was to determine the proportion of respiratory events associated with autonomic arousals and the impact on RDI detected with type 1 compared to type 3 recordings. The hypothesis is that respiratory events with autonomic arousals will have a greater impact on RDI using type 3 compared to type 1 recordings. This study included 72 subjects who underwent type 1 full polysomnography recording and 79 different subjects underwent type 3 ambulatory recording. The following analyses were performed: 1) percentage of events associated with only autonomic arousals in type 1 and type 3 studies; 2) frequency of migration from lower to higher AHI severity category when accounting events associated with only autonomic arousals; 3) Bland-Altman (B-A) for agreement between AHI, RDIe, and RDIa5 (type 1) and AHI and RDIa5 (type 3) and; 4) Pearson correlations and intraclass coefficient correlation (ICC) for agreement between AHI, RDIe and RDIa5 (type 1) and between AHI and RDIa5 (type 3). The use of the RDIa5 criterion increased the number of AHI scoring events by 49% for type 1 recordings and by 51% for type 3 recordings. These results show that autonomic arousals have a similar impact on RDI data using both type 3 and type 1 recordings. We conclude that RDIa5 is a suitable and reliable criterion for type 3 recordings.

Il tema delle emozioni è sempre stato considerato marginale rispetto allo studio della cognizione umana, nonostante la ricerca sull’argomento sia sempre stata circondata da grande interesse. Tuttavia negli ultimi 30 anni si è affacciata una nuova prospettiva che descrive le emozioni come cause, mediatori o conseguenze di altri processi psicologici, ma soprattutto delle relazioni interpersonali. Il primo studio della presente Tesi di Dottorato è stato concepito come un paradigma di induzione emotiva allo scopo di individuare alcuni marcatori biologici legati all’esperienza soggettiva, all’interno di una prospettiva multimetodologica. In seguito, nel tentativo di considerare anche una dimensione sociale della condivisione emotiva, è stato condotto il secondo studio proponendo stimoli che rappresentassero interazioni reali tra due soggetti interagenti. Questi potevano variare anche in base alla vicinanza filogenetica, ipotizzando che, grazie a meccanismi di mirroring e simulazione, la percezione delle emozioni altrui possa essere più immediata quando l’altro soggetto viene percepito come simile. Infine, l’idea che alcune variabili legate all’interlocutore sociale siano in grado di modulare la capacità di entrare in risonanza con le emozioni altrui è stata approfondita con il terzo studio: un compito sociale reale con pradigma hyperscanning. L’obiettivo era quello di esplorare la presenza di pattern di sincronizzazione durante il compito eseguito in modo cooperativo. In conclusione, i tre studi sono stati condotti seguendo un livello di complessità crescente, da una prospettiva su singolo soggetto ad un approccio diadico, tramite l’utilizzo di stimoli emotivi standard, interattivi e dinamici applicati a contesti semplici, complessi e iper-complessi. / Despite the great interest addressed to the topic of emotions, it has always been treated as a marginal issue if compared to cognition. Nonetheless in the last 30 years a new perspective suggested that emotions are effectively the causes, mediators, or consequences of other psychological processes, and, above all, of interpersonal relations. The first study of the present Doctoral Thesis was conceived as an emotion induction paradigm in the attempt to identify some biological markers of the subjective emotional experience within a multi-method perspective. Then, in the attempt to move a step forward in describing the social dimension of the emotional sharing, the second study was designed by creating emotional stimuli that represented real interactions between two inter-agents. They could also vary for phylogenetic closeness following the hypothesis that, thanks to mirroring and simulation processes, emotion perception is easier when the other agent is perceived as similar. Finally, the idea that some variables related to the social encounter are able to modulate the capacity to resonate with others’ emotions was better explored in the last study: a real social cooperative task in the form of a hyperscanning paradigm. The aim was to explore the presence of synchronized patterns during the joint action. To conclude, the three studies have been designed according to an increased level of complexity, from a single-subject perspective towards a two-person approach, with simple, interactive, and dynamic emotional cues during simple, complex, and hyper-complex emotional contexts.

Understanding speech in the presence of noise can be difficult, especially when suffering from a hearing loss. This thesis examined behavioural and electrophysiological measures of speech processing with the aim of establishing how they were influenced by hearing loss (internal degradation) and listening condition (external degradation). The hypothesis that more internal and external degradation of a speech signal would result in higher working memory (WM) involvement was investigated in four studies. The behavioural measure of speech recognition consistently decreased with worse hearing, whereas lower WM capacity only resulted in poorer speech recognition when sound were spatially co-located. Electrophysiological data (EEG) recorded during speech processing, revealed that worse hearing was associated with an increase in inhibitory alpha activity (~10 Hz). This indicates that listeners with worse hearing experienced a higher degree of WM involvement during the listening task. When increasing the level of background noise, listeners with poorer hearing exhibited a breakdown in alpha activity, suggesting that these listeners reached a ceiling at which no more WM resources could be released through neural inhibition. Worse hearing was also associated with a reduced ability to selectively attend to one of two simultaneous talkers, brought on by a reduced neural inhibition of the to-be-ignored speech. Increasing the level of background noise reduced the ability to neurally track the to-be-attended speech. That internal and external degradation affected the tracking of ignored and attended speech, respectively, indicates that the two speech streams were neurally processed as independent objects. This thesis demonstrates for the first time that hearing loss causes changes in the induced neural activity during speech processing. In the last paper of the thesis, it is tentatively suggested that neural activity can be utilized from electrodes positioned in the ear canal (EarEEG) for adapting hearing-aid processing to suite the individual listeners and situation. / Att förstå tal i brus kan vara svårt, speciellt när man lider av en hörselnedsättning. Denna avhandling undersöker beteende- och elektrofysiologiska data med föremålet att bestämma hur de påverkas av hörselskada (intern försämring) och lyssningssituation (extern försämring). Hypotesen att båda intern och extern försämring av talsignalen resulterar i mer aktivering av arbetsminnet under bearbetning av talsignaler har undersökts i fyra studier. Beteendedata visade att talförståelse försämrades med större hörselnedsättning, medan lägre arbetsminneskapacitet endast resulterade i sämre talförståelse när ljudkällorna inte var rumsligt sammanfallande. Elektrofysiologiska mätningar (EEG) gjorda under bearbetning av tal, visade at sämre hörsel associerades med högre inhibitorisk alfa-aktivitet (~10 Hz). Detta indikerar att personer med sämre hörsel upplevde en högre involvering av arbetsminnet under lyssningsuppgiften. Då nivån av bakgrundsljud höjdes, visade personer med sämre hörsel ett sammanbrott av alfaaktiviteten, vilket tyder på att de nådde ett tak där ytterligare arbetsminnes-resurser inte kunde frigöras genom neural inhibition. Sämre hörsel var också förknippat med en reducerad förmåga till at fokusera uppmärksamheten på en av två samtidiga talare, förorsakat av en reducerad förmåga till neuralt att undertrycka den störande talsignalen. En ökning av nivån av bakgrundsljud minskade förmågan att inkoda den relevante talsignalen. Att intern och extern försämring påverkade respektive inkodning av störande och relevant tal, indikerar att de två tal-strömma är neuralt behandlas som oavhängiga objekt. Denna avhandling demonstrerar för första gången att hörselskada förorsakar ändringar i den inducerade neurale aktiviteten under bearbetningen av talsignaler. I avhandlingens sista artikel förslås det preliminärt att neural aktivitet kan upptas från elektroder placerade i hörselgången som kan användas till att kontrollera hörapparat signalbehandling. / <p>Funded by the Oticon Foundation. Project number: 11-2757.</p>

Nous proposons un algorithme basé sur une approche orientée d'ensemble de système dynamique pour extraire une organisation grossière de l'espace d'état de cerveau sur la base des signaux de l'EEG. Nous l'utilisons pour comparer l'organisation de l'espace d'état des données simulées à grande échelle avec la dynamique cérébrale réelle au repos chez des sujets sains et pathologiques (SEP). / We propose an algorithme based on set oriented approach of dynamical system to extract a coarse grained organization of brain state space on the basis of EEG signals. We use it for comparing the organization of the state space of large scale simulation of brain dynamics with actual brain dynamics of resting activity in healthy and SEP subjects.

L'attention visuospatiale est un mécanisme de sélection et de traitement d'information qui se manifeste explicitement par l'orientation de la tête ou du regard. En anticipation d'une nouvelle information, le foyer de l'attention s'oriente implicitement en vision périphérique pour dissocier l'orientation du regard et du foyer implicite vers deux emplacements distincts. Dans cette situation, la réaction à une cible qui apparaît à l'emplacement du foyer implicite s'améliore par rapport aux autres cibles qui pourraient s'afficher dans un emplacement non-attendu. La problématique de la thèse est d'étudier comment détecter l'emplacement du foyer de l'attention implicite par décodage de l'activité cérébrale mesurée en électro-encéphalographie (EEG) avant l'affichage d'une cible visuelle dans 3 expériences réalisées chez des sujets sains. La première expérience aborde la problématique dans une condition où l'indication sur l'emplacement de la cible est globalement non-informative pour les sujets. Cependant, leur activité cérébrale suggère que ce type d'indication a tendance à induire un état d'alerte, de préparation ou d'orientation de l'attention dans le temps plutôt que dans l'espace. En lien avec ce résultat, la deuxième expérience aborde la problématique dans une condition ambiguë où l'attention du sujet s'oriente vers un emplacement sans lien systématique avec le contenu des indications. / Visuospatial attention is an information selection and processing mechanism whose overt manifestations consist of head or gaze shifts. In anticipation to new information, the focus of attention can also covertly shift to peripheral vision to share attention between two distinct locations: the overt one (center of gaze) and the covert one in periphery. In such a situation, the reaction to a target appearing at the focus of attention is enhanced with respect to targets appearing at unattended locations. This thesis addresses the problem of detecting the location of covert attention by decoding neural activity measured by electroencephalography (EEG) before target onset in 3 experiments on healthy subjects. The first experiment uses visuospatial cues that are non-informative about the target location. However, the neural activity reflects that non-informative cues tend to bring the subjects into a state related to alertness, motor preparation or temporal expectation rather than a spatial shift of attention. According to this result, the second experiment uses an ambiguous precueing condition in which the sujet's attention is shifted to spatial locations which bear a non-systematic relation to the information contained in the cues. With these ambiguous cues, we find that the proportion of targets displayed at unattended locations is equivalent to a non-informative condition, and that reaction speed and accuracy are dramatically impacted.

In der Hyperscanning-Literatur finden sich wiederholt Befunde, die darauf hinweisen, dass synchronisierte Muster zwischen Gehirnen (inter-brain-Synchronisation) interpersonale Handlungskoordination charakterisieren. Die funktionale Bedeutung dieser Muster wird in der Literatur kontrovers diskutiert. Mit einer Serie empirischer Studien untersucht diese Dissertation den Einfluss einzelner kognitiver Mechanismen auf die inter-brain-Synchronisation. Studie I untersucht den Zusammenhang zwischen Aufmerksamkeit und inter-brain-Synchronisation im Kontext einer visuellen Suchaufgabe. Studie II vergleicht, mittels eines neu entwickelten experimentellen Paradigmas, bei konstanter Dynamik der motorischen Handlungen zweier Probanden reziproke und parallele interpersonale Handlungskoordination. Studie III dient der Etablierung der schwachen Wechselstromtechnologie in unserem Labor. In Studie IV werden mittels dieser Technik zwei miteinander trommelnde Probanden auf ‚die gleiche Wellenlänge‘ gebracht um einen möglichen kausalen Zusammenhangs zwischen inter-brain-Synchronisation und interpersonaler Verhaltenssynchronisation zu testen. In der übergreifenden Diskussion der Befunde meiner Studien zeige ich eine mögliche Ursache für die bisherige Unklarheit der funktionalen Rolle von inter-brain-Synchronisation auf: der Mangel einer Definition sozialer Interaktion in der Hyperscanning-Literatur. Basierend auf Theorien der interper¬sonalen Handlungskoordination führe ich eine Arbeitsdefinition sozialer Interaktion und der ihr zugrunde liegenden kognitiven Prozesse ein: Mechanismen der Aufmerksamkeit, der Handlungsvorhersage und der Handlungsreaktion. Ich schließe diese Dissertation mit der Überlegung, dass inter-brain-Synchronisation Übereinstimmungen der Handlungen und der mentalen Handlungsmodelle mehrerer Individuen reflektiert, und zwar unabhängig davon, ob diese Übereinstimmungen von gemeinsamem Handeln begleitet werden oder nicht. / The literature on hyperscanning gives ample evidence that inter-brain synchronized patterns emerge during social interaction. However, it remains under debate to what extent synchronized patterns between brains serve a mechanistic function in social interaction. In this dissertation, I try to disentangle the contribution of cognitive mechanisms on inter-brain synchronized patterns with a series of empirical studies. Study I investigates the influence of modified attention on inter-brain phase synchronization during an enumeration visual search paradigm. Study II uses a novel paradigm of interpersonal action coordination. It compares reciprocal real-time coordination to parallel coordination with a common driver, while keeping behavioral dynamics comparable across conditions. Study III builds methodological expertise in transcranial alternating current stimulation (tACS). In Study IV, the tACS setup is extended to the simultaneous phase-locked stimulation of multiple individuals (hyper-tACS). This directly tests a potential relation between inter-brain synchronization and interpersonal synchronization performance during dyadic drumming by attempting to experimentally tune two participants’ brains more or less ‚on the same wavelength‘ using the tACS device. In discussing the results of this series of empirical studies, I suggest that the lack of a clear definition of social interaction may be at the origin of controversies about the functional role of inter-brain synchronization patterns. Building on a conceptual framework of interpersonal action coordination, I propose a working definition of social interaction and its cognitive core processes. I suggest to stop trying to disentangle inherent aspects of social interaction, such as synchronized actions, from ‚true social interaction‘ and instead to focus on the relative influence of attentive, predictive and, reactive mechanisms on inter-brain synchronization and associated behavioral dynamics.

Les objectifs de cette thèse sont multiples. Le premier objectif est de comparer, aux niveaux comportemental et électrophysiologique, l'apprentissage implicite de structures linguistiques et musicales après l'écoute d'un langage artificiel chanté. Alors qu'au niveau comportemental, seule la structure linguistique semble être apprise, les résultats électrophysiologiques révèlent un effet N400 pour les deux dimensions, linguistique et musicale. Le deuxième objectif de cette thèse est d'évaluer comment cet apprentissage est influencé par l'expertise musicale. Nous avons comparé un groupe d'adultes musiciens à un groupe de non musiciens. Alors qu'au niveau comportemental les musiciens sont à peine meilleurs que les non musiciens dans les deux dimensions, les données électrophysiologiques révèlent, via des différences précoces (N1/P2) et tardives (N400), une meilleure segmentation chez les musiciens. De plus, les analyses en potentiels évoqués et en temps-fréquences des données électrophysiologiques enregistrées pendant les phases d'apprentissage révèlent que les musiciens apprennent plus rapidement que les non musiciens. Cependant, un lien de causalité quant aux effets de l'apprentissage de la musique ne peut être mis en évidence qu'en réalisant une étude longitudinale. Nous avons mené une telle étude chez des enfants de 8 ans à qui l'on a fait suivre un apprentissage de la musique ou de la peinture pendant 2 années. Les résultats comportementaux et électrophysiologiques révèlent un large bénéfice de l'apprentissage musical comparé à celui de la peinture démontrant l'importance de la musique dans l'éducation des enfants. / The aims of the present thesis were two-folded. Firstly, we wanted to compare behavioral and electrophysiological measures related to the implicit learning of linguistic and musical structures contained within an artificial sung language. While behavioral measures suggest that only the linguistic structure was learned, electrophysiological data revealed similar N400 effects in both linguistic and musical dimensions, suggesting that participants did also learn the musical structure. The second goal was to evaluate to what extent musical expertise can affect speech segmentation. At this aim, we compared a group of adult musicians to a group of nonmusicians. While behavioral data showed that musicians had marginally better performance than non musicians in both dimensions, electrophysiological data revealed, via early (N1/P2) and late (N400) differences, a better speech segmentation in musicians than in non musicians. Moreover, event-related potentials and time-frequency analyzes during learning revealed a faster and more efficient learning process in musicians. However, the only way to unambiguously claim causality between expertise and the observed effects requires a longitudinal approach. At this aim, we conducted a study with 8 year-old children who followed either music or painting lessons over a period of 2 years. Behavioral and electrophysiological data revealed a larger benefit of musical compared to painting training, bringing evidences for the importance of music in childrens' education.

Les avantages liés à la formation musicale transfèrent au traitement du langage, et à certaines fonctions perceptives et cognitives. Nous examinons si cette formation facilite aussi l'apprentissage de mots nouveaux au long de la vie. Les enfants «musiciens» et les jeunes musiciens professionnels surpassent les participants de contrôle dans une série d’expériences, avec une plasticité cérébrale plus rapide, et une connectivité fonctionnelle plus forte, mesurées par électroencéphalographie. Les résultats des musiciens plus âgés sont moins clairs, suggérant un impact limité de la formation musicale sur le déclin cognitif. Enfin, les jeunes musiciens ont une meilleure mémoire à long terme des nouveaux mots, ce qui contribuerait à expliquer l’avantage observé. Ces effets de transfert de la formation musicale au niveau sémantique et de la mémoire à long terme révèlent l’importance des fonctions cognitives générales et ouvrent de nouvelles perspectives pour l’éducation et la rééducation. / Based on results evidencing music training-related advantages on speech processing, perceptive and cognitive functions, we examine whether music training facilitates novel word learning throughout the lifespan. We show that musically-trained children and young professional musicians outperform controls in a series of experiments, with faster brain plasticity and stronger functional connectivity, as measured by electroencephalography. By contrast, advantages for old adult musicians are less clear-cut, suggesting a limited impact of music training to counteract cognitive decline. Finally, young musicians show better long-term memory for novel words, which possibly contributes, along with better auditory perception and attention, to their advantage in word learning. By showing transfer effects from music training to semantic processing and long-term memory, results reveal the importance of domain-general cognitive functions and open new perspectives for education and rehabilitation.

La sclérose tubéreuse de Bourneville (STB) est une maladie génétique et multi-systémique à transmission autosomique dominante due à des mutations d’un gène TSC1 ou TSC2 qui codent respectivement pour hamartine et tuberine ayant une action inhibitrice sur la voie de signalisation mTOR. L’épilepsie précoce et pharmacorésistante est la manifestation neurologique la plus fréquente et la plus délétère de la STB. Elle débute souvent dans la première année de vie par des spasmes infantiles qui évoluent avec l’âge et en absence de traitement vers des crises toniques ou tonico-cloniques. Bien que les crises soient supposées être générées dans des tubers corticaux, les mécanismes de l’épilepsie ne sont pas bien élucidés et le traitement reste souvent inefficace. Des études morphologiques ont montré une altération de l’expression ARNm des récepteurs au glutamate dans les cellules géantes et les neurones dysplasiques des tubers, mais leur implication fonctionnelle restait à montrer. Les différentes sous-unités NMDA ont une expression âge-dépendante et région-spécifique, les plus grands changements survenant au début de la vie quand l’épilepsie de la STB apparaît. Ce travail avait pour but d’étudier à l’aide de méthodes électrophysiologiques in vitro et in vivo l’expression fonctionnelle des sous-unités NMDA aberrantes et de déterminer leur rôle dans l’épileptogènese chez les souris hétérozygotes Tsc1+/- et sur le tissu humain STB post-opératoire. Nous avons pu démontrer que : i) Les souris hétérozygotes pour le gène Tsc1 sont spontanément épileptiques in vivo et in vitro dans une courte fenêtre dévelopmentale de P9 à P18. ii) Elles présentent une altération d’expression des récepteurs NMDA couche-spécifique et mTOR dépendante avec une surexpression des sous-unités GluN2C/D dans la couche 4 et 2/3 et GluN2B dans les couches 2/3. Cette expression anormale est prévenue par l’administration d’un inhibiteur de la voie mTOR, la rapamycine. iii) Les mêmes altérations d’expression des récepteurs NMDA, sont montrées sur les tissus post-opératoires, non seulement de tubers de STB mais aussi des dysplasies corticales focales (DCF), ces deux malformations ayant des similarités étiologiques et physiopathologiques. iv) La RT-PCR quantitative confirme une expression excessive de GluN2C dans le cortex de souris Tsc1+/- et sur le tissu humain des tubers et DCF. v) Les décharges épileptiques chez la souris Tsc1+/- sont générées dans la couche granulaire 4 du cortex avant de se propager vers les couches superficielles et les couches profondes, empruntant ainsi les microcircuits corticaux. vi) L’expression excessive de la sous-unité GluN2C dans le cortex contribue à l’hyperexcitabilité neuronale chez la souris Tsc1+/- et sur des tissus humains de tubers et de DCF puisque les crises et les décharges sont bloquées par les antagonistes sélectifs de GluN2C/D. vii) Les crises chez la souris Tsc1+/- suivent une séquence âge-dépendante évoluant du type «spasms-like» vers «tonic-clonic like», rappelant celle de l’épilepsie humaine, avec deux pics de haute incidence de crises à P13 et P16 correspondant chez l’homme respectivement l’âge des spasmes infantiles et celui des crises toniques. L’évolution avec l’âge du délai de propagation inter-hémisphérique pourrait contribuer à ce changement de types de crises. Ces résultats montrent donc pour la première fois qu’une happloinsuffisance pour le gène Tsc1 chez les souris Tsc1+/- sans tubers suffit à produire une altération de l’expression des récepteurs NMDA de manière mTOR dépendante et contribuer ainsi à l’épileptogènese dans la STB. La souris Tsc1+/- est le premier modèle génétique sans anomalies morphologiques présentant une épilepsie spontanée qui évolue des spasmes vers des crises toniques et tonico-cloniques. Néanmoins cette épilepsie diffère de l’épilepsie humaine de la STB par l’absence de crises focales et de pharmacorésistance, ce qui pourrait être expliqué par l’absence de tubers chez la souris Tsc1+/-. (...) / Tuberous sclerosis complex (TSC) is a genetic multisystemic disease with autosomal dominant transmission due to mutations in a gene TSC1 or TSC2 respectively which encode hamartin and tuberin proteins having an inhibitory action on the mTOR signaling pathway. Early refractory epilepsy is the most common and most deleterious neurological manifestation. The epilepsy often begins in the first year of life by infantile spasms that change in the lack of treatment to tonic or tonic-clonic seizures in age-dependent manner. Although seizures are thought to be generated in cortical tubers, epilepsy mechanisms are not well understood and treatment is often ineffective. Morphological studies showed the altered expression of glutamate receptor mRNA in the giant cells and dysplastic neurons of tubers, but their functional involvement remains unknown. The different NMDA subunits have an age-dependent and region-specific expression, the greatest changes occurring early in life when the TSC epilepsy appears. This work aimed to study the functional expression of aberrant NMDA subunits expression and their role in the epileptogenesis in heterozygous Tsc1+/- mice and post-surgical human tissue of TSC patients using in vitro and in vivo electrophysiological methods. The study reveal that: i) Heterozygous tuber-free Tsc1+/- mice show spontaneous epilepsy in vivo and in vitro in a short developmental window from P9 to P18. ii) These mice exhibit an altered NMDA receptor expression in mTOR dependent and layer-specific manner with GluN2C/D subunits overexpression in layers 4 and 2/3, and GluN2B ovexpression in layers 2/3. This abnormal NMDA receptors expression is prevented by the administration of an mTOR inhibitor, rapamycin. iii) The same alterations of NMDA receptors’ expression are shown in post-surgical tissues not only in tubers from TSC patients, but also in focal cortical dysplasia (FCD), these two malformations sharing etiological and pathophysiological similarities. iv) Quantitative RT-PCR confirms the excessive GluN2C subunit expression in Tsc1+/- mouse cortex and human tissue of tubers and DCF. v) Epileptic discharges in Tsc1+/- mice are generated in the granular layer 4 of the cortex before spreading to the superficial and then to deep layers, thus borrowing the cortical microcircuits. vi) Excessive expression of GluN2C subunit in the cortex contributes to neuronal hyperexcitability in Tsc1+/- mice, as well as in human tubers and DCF tissues, since epileptic discharges are blocked by selective GluN2C/D antagonists. vii) Seizures in Tsc1+/- mice follow the age-dependent sequence, evolving from "spasms-like" to "tonic-clonic like" thus reminding the human epilepsy, with two peaks of highest seizure incidence at P13 and P16 corresponding respectively to age of infantile spasms and of tonic seizures in human. The age-dependent evolution of interhemispheric propagation delay could contribute to this change in seizure type. These results show for the first time that TSC1 happloinsuffisancy in tuber-free Tsc1+/- mice is sufficient to produce an alteration in NMDA receptor expression in an mTOR dependent manner, and thus contributes to epileptogenesis in TSC. The Tsc1+/- mouse line is the first genetic model of TSC without morphological abnormalities presenting with early spontaneous seizures which evolves from “spasms-like” to “tonic-clonic like” seizures. However, the epilepsy in Tsc1+/- mice differs from human TSC epilepsy by the absence of focal seizures and of drug-resistance. Both could be explained by the lack of tubers in the Tsc1+/- mice. It remains to determine whether the expression of GluN2C subunit is also transitional in Tsc1+/- mice and whether other factors contribute to determine the age-dependent epilepsy. This study opens new therapeutic perspectives of TSC epilepsy targeting GluN2C subunit of NMDA receptors.