This thesis set out to investigate the electrophysiological correlates of maths anxiety (MA). Research has shown that those with high MA (HMA) tend to have poorer accuracy and increased reaction time on maths based tasks and that high maths anxious individuals avoid situations where they might have to use maths. This can impact on their future by restricting their degree or job prospects. Previous research has identified the behavioural cognitive and psychological effects of MA and recently studies have begun to examine the associated underlying mechanisms in the brain. Chapter one outlines the background MA behavioural and measurement research before evaluating the neurophysiological methods used in cognitive neuroscience and the use of electroencephalography (EEG) in chapter two. Chapter three continues by outlining previous research concerning the neurophysiological processing of maths and number before evaluating relevant neurophysiological research concerning MA. Four experimental studies are conducted, exploring the neurophysiological underpinnings of MA research using EEG. Each of these recruits 30 participants and measures of electro-cortical (Event Related Potentials (ERPs), Global Field Power, Frequency etc.) and questionnaire measures are implemented. The first study aimed to identify whether the behavioural effects of MA (poorer accuracy and increased reaction time) are consistent with ERP differences (component amplitude and latency differences) in the brain and to understand why these effects are experienced. This revealed no significant comparisons between ERP components and behavioural responses involving low and high maths anxious individuals, but this may have been due to the lack of an anxious response by using a verification task, rather than requiring calculation. Study two introduces the measurement of gamma activity as a neurophysiological measure of anxiety and threat processing and brings three core areas of anxiety research together: Previous studies outline high anxiety in connection with gamma modulation, also showing gamma band activity is associated with the amygdala and finally, that the amygdala is responsible for the processing of threat perception and anxiety. This research has not been brought together when studying MA. Results produced similar ERP findings to the previous study but the introduction of gamma activity into the research provided the first differences between high and low MA (LMA) groups, showing significantly greater gamma activity levels in HMA individuals. However, this study only used numerically-based tasks, thus the third study implemented a non-numerical condition to act as a control. Study three replicates the findings showing a reduced level of gamma activity in high MA individuals for the non-numerical based task, however, this was also reduced for the simple maths task. It was theorised that it is more likely to be the initial threat perception that represents the anxious response and gamma activity increases. To test this and remove any working memory demands, the fourth study implements the presentation of single digit observation (using single digit numbers and letters). Even though there was no demand on working memory, high maths anxious participants displayed similar levels of gamma activity as low maths anxious individuals during letter observation. However, they had significantly greater levels during the observation of number. Findings suggest that HMA individuals may not only struggle with the processing of maths stimuli, but may have a threat-related response to the simple observation of numerical stimuli. This implies that HMA individuals consistently apply an avoidance technique due to a threat response associated with increased levels of gamma activity. The findings of the each study are finally discussed in terms of their contribution to the neurophysiological underpinnings of MA, the first exploration of this using gamma activity, future research and the extent that number anxiety may act as a precursor or sine qua non to MA.

Neste trabalho são apresentados resultados experimentais referentes ao decaimento beta do Nb POT.92, obtidos a partir de medidas da atividade gama residual que segue a reação Nb POT.93 (gamma, n). A alimentação do nível a 2067 keV do Zr POT.92 foi determinada com boa precisão. A não observação de transições gama que envolvem os níveis 0 POT.+ e 4 POT.+ do Zr POT.92 permitiram, a partir de uma analise estatística rigorosa determinar-se limites superiores para a alimentação desses níveis. Os resultados experimentais obtidos, bem como diversos outros disponíveis na bibliografia especializada, foram analisados a luz do modelo de camadas, explorando-se especialmente a contribuição do orbital de nêutrons g IND.7/2 nos primeiros níveis excitados do Zr POT.92. Os cálculos foram feitos usando-se valores publicados para os elementos de matriz da interação residual próton-próton e supondo-se uma interação delta superficial para a interação nêutron-nêutron. / We have investigated the beta decay of Nb POT.92 measuring the residual gamma activities associated with the Nb POT.93 (gamma, n) reaction. The beta branch to the 2067 keV Zr POT.92 level has been determined. Unobserved gamma-rays, with a rigorous statistical analysis, allow the determination of upper limits to beta transitions to the 0 POT.+ and 4 POT.+ levels of Zr POT.92. We have compared ours and other published results with the predictions of shells model, exploring the g IND.7/2 neutron orbit contribution to the levels of Zr POT.92 The shell model calculations have been made using published values for the proton-proton matrix elements. The neutron-neutron matrix elements have been determined assuming a surface delta interaction.

Neste trabalho são apresentados resultados experimentais referentes ao decaimento beta do Nb POT.92, obtidos a partir de medidas da atividade gama residual que segue a reação Nb POT.93 (gamma, n). A alimentação do nível a 2067 keV do Zr POT.92 foi determinada com boa precisão. A não observação de transições gama que envolvem os níveis 0 POT.+ e 4 POT.+ do Zr POT.92 permitiram, a partir de uma analise estatística rigorosa determinar-se limites superiores para a alimentação desses níveis. Os resultados experimentais obtidos, bem como diversos outros disponíveis na bibliografia especializada, foram analisados a luz do modelo de camadas, explorando-se especialmente a contribuição do orbital de nêutrons g IND.7/2 nos primeiros níveis excitados do Zr POT.92. Os cálculos foram feitos usando-se valores publicados para os elementos de matriz da interação residual próton-próton e supondo-se uma interação delta superficial para a interação nêutron-nêutron. / We have investigated the beta decay of Nb POT.92 measuring the residual gamma activities associated with the Nb POT.93 (gamma, n) reaction. The beta branch to the 2067 keV Zr POT.92 level has been determined. Unobserved gamma-rays, with a rigorous statistical analysis, allow the determination of upper limits to beta transitions to the 0 POT.+ and 4 POT.+ levels of Zr POT.92. We have compared ours and other published results with the predictions of shells model, exploring the g IND.7/2 neutron orbit contribution to the levels of Zr POT.92 The shell model calculations have been made using published values for the proton-proton matrix elements. The neutron-neutron matrix elements have been determined assuming a surface delta interaction.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第19366号 / 医博第4043号 / 新制||医||1011(附属図書館) / 32380 / 新制||医||1011 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 渡邉 大, 教授 福田 和彦, 教授 村井 俊哉 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第19273号 / 医博第4037号 / 新制||医||1011(附属図書館) / 32275 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 渡邉 大, 教授 村井 俊哉, 教授 高橋 淳 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Les mécanismes volontaires (V) et involontaires (I) de l’attention reposent sur les réseaux dorsal et ventral, convergeant dans le cortex préfrontal latéral (lPFC). La distractibilité accrue liée au vieillissement ou à une lésion frontale pourrait être due à une altération de l’équilibre entre ces mécanismes V et I, essentiel mais rarement étudié. Notre objectif est de tester, dans la modalité auditive, si (1) les oscillations alpha coordonnent l'activité du réseau dorsal, (2) les oscillations gamma celle du réseau ventral, (3) le couplage oscillatoire dans le lPFC maintient l’équilibre entre les deux réseaux. Ce travail vise également à étudier les corrélats oscillatoires de la distractibilité accrue liée au vieillissement ou à une atteinte frontale. Des données MEEG ont été enregistrées alors que des participants réalisaient le Competitive Attention Test, qui permet d’étudier simultanément les mécanismes V et I de l’attention. Nous avons montré que les oscillations alpha reflètent l’activation des mécanismes facilitateurs et suppresseurs de l’attention V, et la communication au sein du réseau dorsal ; alors que les oscillations gamma indexent l’activation du réseau ventral. De plus, le lPFC serait impliqué dans la communication au sein des deux réseaux, et le PFC médian dans l’équilibre attentionnel V/I. Nous avons également montré que la distractibilité accrue était liée à un déficit d’attention V au cours du vieillissement, et à une altération des processus V et I après lésion frontale. Ce travail de thèse offre donc une meilleure compréhension de la dynamique cérébrale oscillatoire sur laquelle repose l'équilibre attentionnel V/I, et donc la distractibilité / Top-down (TD) and bottom-up (BU) mechanisms of attention are supported by dorsal and ventral networks that mainly overlap in the lateral prefrontal cortex (lPFC). A balance between these mechanisms is essential, yet rarely investigated. Increased distractibility observed during ageing or after frontal damage could result from jeopardizing this balance. It has been proposed that distinct oscillatory frequencies support the activation of these two attention networks. Our main aim was to test, in the auditory modality, whether (1) alpha oscillations would coordinate activity within the dorsal TD network, (2) gamma activity would index the activation of the ventral BU network, (3) the lPFC would support the balance between these networks through oscillatory coupling. We also aimed to investigate the oscillatory correlates of the increased distractibility associated with ageing or frontal damage. MEEG data were recorded while participants performed the Competitive Attention Test, which enables simultaneous investigation of BU and TD attention mechanisms. We showed that alpha oscillations indexed facilitatory and suppressive mechanisms of TD attention, and communication within the dorsal network; while gamma oscillations indexed the ventral network activation. Moreover, the lPFC subtended communication in the two networks; with the TD/BU interaction occurring in the medial PFC. We also showed that ageing-related distractibility was of TD deficit origin. Finally, preliminary results suggest that lPFC damage can impact both TD and BU attention. This thesis provides novel insights into the brain oscillatory dynamics of the TD/BU attentional balance supporting distractibility

Environ 2-3% d’enfants avec convulsions fébriles (CF) développent une épilepsie, mais les outils cliniques existants ne permettent pas d’identifier les enfants susceptibles de développer une épilepsie post-convulsion fébrile. Des études ont mis en évidence des anomalies d’EEG quantifiée, et plus particulièrement en réponse à la stimulation lumineuse intermittente (SLI), chez des patients épileptiques. Aucune étude n’a analysé ces paramètres chez l’enfant avec CF et il importe de déterminer s’ils sont utiles pour évaluer le pronostic des CF. Les objectifs de ce programme de recherche étaient d’identifier, d’une part, des facteurs de risque cliniques qui déterminent le développement de l’épilepsie après des CF et, d’autre part, des marqueurs électrophysiologiques quantitatifs qui différencieraient les enfants avec CF des témoins et pourraient aider à évaluer leur pronostic. Afin de répondre à notre premier objectif, nous avons analysé les dossiers de 482 enfants avec CF, âgés de 3 mois à 6 ans. En utilisant des statistiques de survie, nous avons décrit les facteurs de risque pour développer une épilepsie partielle (antécédents prénataux, retard de développement, CF prolongées et focales) et généralisée (antécédents familiaux d’épilepsie, CF récurrentes et après l’âge de 4 ans). De plus, nous avons identifié trois phénotypes cliniques distincts ayant un pronostic différent : (i) CF simples avec des antécédents familiaux de CF et sans risque d’épilepsie ultérieure; (ii) CF récurrentes avec des antécédents familiaux d’épilepsie et un risque d’épilepsie généralisée; (iii) CF focales avec des antécédents familiaux d’épilepsie et un risque d’épilepsie partielle. Afin de répondre à notre deuxième objectif, nous avons d’abord analysé les potentiels visuels steady-state (PEVSS) évoqués par la SLI (5, 7,5, 10 et 12,5 Hz) en fonction de l’âge. Le tracé EEG de haute densité (128 canaux) a été enregistré chez 61 enfants âgés entre 6 mois et 16 ans et 8 adultes normaux. Nous rapportons un développement topographique différent de l’alignement de phase des composantes des PEVSS de basses (5-15 Hz) et de hautes (30-50 Hz) fréquences. Ainsi, l’alignement de phase des composantes de basses fréquences augmente en fonction de l’âge seulement au niveau des régions occipitale et frontale. Par contre, les composantes de hautes fréquences augmentent au niveau de toutes les régions cérébrales. Puis, en utilisant cette même méthodologie, nous avons investigué si les enfants avec CF présentent des anomalies des composantes gamma (50-100 Hz) des PEVSS auprès de 12 cas de CF, 5 frères et sœurs des enfants avec CF et 15 témoins entre 6 mois et 3 ans. Nous montrons une augmentation de la magnitude et de l’alignement de phase des composantes gamma des PEVSS chez les enfants avec CF comparés au groupe témoin et à la fratrie. Ces travaux ont permis d’identifier des phénotypes électro-cliniques d’intérêt qui différencient les enfants avec CF des enfants témoins et de leur fratrie. L’étape suivante sera de vérifier s’il y a une association entre les anomalies retrouvées, la présentation clinique et le pronostic des CF. Cela pourrait éventuellement aider à identifier les enfants à haut risque de développer une épilepsie et permettre l’institution d’un traitement neuroprotecteur précoce. / The incidence of epilepsy in children with febrile seizures (FS) varies from 2 to 3%, but available clinical tools do not allow the identification of those children who will later develop epilepsy. Evidences have shown quantitative EEG abnormalities, more particularly revealed by intermittent photic stimulation (IPS), in patients with epilepsy. No studies have yet examined quantitative EEG parameters in children with FS. It is not known either whether they can be relevant to the evaluation of FSs prognosis. The objectives of this research program were to identify, first, clinical risk factors for developing epilepsy after FS and, second, to determine quantitative EEG markers that differentiate FS patients from normal controls and may aid to evaluate their prognosis. In order to meet our first objective, we reviewed the charts of 482 children with FS, aged 3 months to 6 years. Using survival statistics, we described risk factors for developing partial (prenatal antecedents, developmental delay, prolonged and focal FS) and generalized (family history of epilepsy, recurrent FS and FS after the age of 4 years) epilepsy after FS. In addition, we identified several distinct clinical phenotypes related to the prognosis of FS: (i) simple FS with a family history of FS, not related to a subsequent epilepsy, (ii) recurrent FS with a family history of epilepsy and an increased risk of generalised epilepsy and (iii) focal FS with a family history of epilepsy and an increased risk of partial epilepsy. In order to meet our second objective, we analyzed the steady-state visual potentials (SSVEP) evoked by IPS (5, 7.5, 10 and 12.5 Hz) as a function of age. The high density EEG (128 channels) was recorded in 61 normal children between 6 months and 16 years of age and 8 adults. We showed different topographical development of low (5-15 Hz) and high (30-50 Hz) frequency SSVEP components phase alignment. Thus, low frequency phase alignment increased with age only over the frontal and occipital regions, whereas high frequency phase alignment increased over all cerebral regions. Then, using the same methodology, we investigated whether children with FS show abnormalities of gamma frequency SSVEP components. We show an increase of both magnitude and phase alignment of the gamma frequency SSVEP components in 12 FS patients compared to 5 siblings of FS patients and 15 control children between 6 and 36 months of age. This study has identified distinct electro-clinical phenotypes that differentiate FS patients from the group of siblings and controls. Future studies should investigate whether detected abnormalities are associated with the clinical presentation of FS and their prognosis. This could help identify children with FSs who will later develop epilepsy and would eventually allow the institution of an early neuroprotective treatment.

Environ 2-3% d’enfants avec convulsions fébriles (CF) développent une épilepsie, mais les outils cliniques existants ne permettent pas d’identifier les enfants susceptibles de développer une épilepsie post-convulsion fébrile. Des études ont mis en évidence des anomalies d’EEG quantifiée, et plus particulièrement en réponse à la stimulation lumineuse intermittente (SLI), chez des patients épileptiques. Aucune étude n’a analysé ces paramètres chez l’enfant avec CF et il importe de déterminer s’ils sont utiles pour évaluer le pronostic des CF. Les objectifs de ce programme de recherche étaient d’identifier, d’une part, des facteurs de risque cliniques qui déterminent le développement de l’épilepsie après des CF et, d’autre part, des marqueurs électrophysiologiques quantitatifs qui différencieraient les enfants avec CF des témoins et pourraient aider à évaluer leur pronostic. Afin de répondre à notre premier objectif, nous avons analysé les dossiers de 482 enfants avec CF, âgés de 3 mois à 6 ans. En utilisant des statistiques de survie, nous avons décrit les facteurs de risque pour développer une épilepsie partielle (antécédents prénataux, retard de développement, CF prolongées et focales) et généralisée (antécédents familiaux d’épilepsie, CF récurrentes et après l’âge de 4 ans). De plus, nous avons identifié trois phénotypes cliniques distincts ayant un pronostic différent : (i) CF simples avec des antécédents familiaux de CF et sans risque d’épilepsie ultérieure; (ii) CF récurrentes avec des antécédents familiaux d’épilepsie et un risque d’épilepsie généralisée; (iii) CF focales avec des antécédents familiaux d’épilepsie et un risque d’épilepsie partielle. Afin de répondre à notre deuxième objectif, nous avons d’abord analysé les potentiels visuels steady-state (PEVSS) évoqués par la SLI (5, 7,5, 10 et 12,5 Hz) en fonction de l’âge. Le tracé EEG de haute densité (128 canaux) a été enregistré chez 61 enfants âgés entre 6 mois et 16 ans et 8 adultes normaux. Nous rapportons un développement topographique différent de l’alignement de phase des composantes des PEVSS de basses (5-15 Hz) et de hautes (30-50 Hz) fréquences. Ainsi, l’alignement de phase des composantes de basses fréquences augmente en fonction de l’âge seulement au niveau des régions occipitale et frontale. Par contre, les composantes de hautes fréquences augmentent au niveau de toutes les régions cérébrales. Puis, en utilisant cette même méthodologie, nous avons investigué si les enfants avec CF présentent des anomalies des composantes gamma (50-100 Hz) des PEVSS auprès de 12 cas de CF, 5 frères et sœurs des enfants avec CF et 15 témoins entre 6 mois et 3 ans. Nous montrons une augmentation de la magnitude et de l’alignement de phase des composantes gamma des PEVSS chez les enfants avec CF comparés au groupe témoin et à la fratrie. Ces travaux ont permis d’identifier des phénotypes électro-cliniques d’intérêt qui différencient les enfants avec CF des enfants témoins et de leur fratrie. L’étape suivante sera de vérifier s’il y a une association entre les anomalies retrouvées, la présentation clinique et le pronostic des CF. Cela pourrait éventuellement aider à identifier les enfants à haut risque de développer une épilepsie et permettre l’institution d’un traitement neuroprotecteur précoce. / The incidence of epilepsy in children with febrile seizures (FS) varies from 2 to 3%, but available clinical tools do not allow the identification of those children who will later develop epilepsy. Evidences have shown quantitative EEG abnormalities, more particularly revealed by intermittent photic stimulation (IPS), in patients with epilepsy. No studies have yet examined quantitative EEG parameters in children with FS. It is not known either whether they can be relevant to the evaluation of FSs prognosis. The objectives of this research program were to identify, first, clinical risk factors for developing epilepsy after FS and, second, to determine quantitative EEG markers that differentiate FS patients from normal controls and may aid to evaluate their prognosis. In order to meet our first objective, we reviewed the charts of 482 children with FS, aged 3 months to 6 years. Using survival statistics, we described risk factors for developing partial (prenatal antecedents, developmental delay, prolonged and focal FS) and generalized (family history of epilepsy, recurrent FS and FS after the age of 4 years) epilepsy after FS. In addition, we identified several distinct clinical phenotypes related to the prognosis of FS: (i) simple FS with a family history of FS, not related to a subsequent epilepsy, (ii) recurrent FS with a family history of epilepsy and an increased risk of generalised epilepsy and (iii) focal FS with a family history of epilepsy and an increased risk of partial epilepsy. In order to meet our second objective, we analyzed the steady-state visual potentials (SSVEP) evoked by IPS (5, 7.5, 10 and 12.5 Hz) as a function of age. The high density EEG (128 channels) was recorded in 61 normal children between 6 months and 16 years of age and 8 adults. We showed different topographical development of low (5-15 Hz) and high (30-50 Hz) frequency SSVEP components phase alignment. Thus, low frequency phase alignment increased with age only over the frontal and occipital regions, whereas high frequency phase alignment increased over all cerebral regions. Then, using the same methodology, we investigated whether children with FS show abnormalities of gamma frequency SSVEP components. We show an increase of both magnitude and phase alignment of the gamma frequency SSVEP components in 12 FS patients compared to 5 siblings of FS patients and 15 control children between 6 and 36 months of age. This study has identified distinct electro-clinical phenotypes that differentiate FS patients from the group of siblings and controls. Future studies should investigate whether detected abnormalities are associated with the clinical presentation of FS and their prognosis. This could help identify children with FSs who will later develop epilepsy and would eventually allow the institution of an early neuroprotective treatment.