Les oscillations fournissent le matériel expérimental pour observer la structure dynamique de l'activité cérébrale (Baillet, 2017 ; Buzsaki et Draguhn, 2004 ; Silva, 2013). Entre le repos et la réalisation d'une tâche, les propriétés du signal des oscillations (fréquence, phase et amplitude) varient selon les régions du cerveau, en fonction de l'état mental et de la tâche en cours. Il a été proposé que le couplage phase-amplitude entre la phase des oscillations thêta et l'amplitude des oscillations gamma soit un mécanisme que le cerveau implémente pour permettre la rétention d'informations en mémoire. Cependant, le rôle du couplage thêta-gamma dans la mémoire à court terme doit encore être démontré. Dans cette étude, nous avons cherché à savoir si le couplage phase-amplitude thêta-gamma dans l'hippocampe soutient la rétention de l'information en mémoire, par rapport à la simple perception, et si le couplage thêta-gamma dans l'hippocampe humain est lié la performance comportementale dans un tâche de mémoire à court terme. Des enregistrements EEG stéréotaxiques ont été obtenus chez 16 patients épileptiques pharmaco-résistants qui ont effectué des tâches de comparaison de séquences sonores et une condition de contrôle d'écoute passive avec le même matériel. Pour étudier la mémoire à court terme, la durée de la période silencieuse de rétention entre les séquences à comparer (2000, 4000, 8000 ms) ainsi que la charge en mémoire (3 - 6 éléments à encoder) ont été manipulées. Les analyses de Temps-Fréquence pendant la période d'encodage de la tâche montrent que chaque note a été encodée par une bouffée gamma transitoire dans le cortex auditif, tandis que la séquence entière a induit des oscillations thêta soutenues dans la voie auditive ventrale (à partir du gyrus temporal supérieur jusqu'au gyrus frontal inférieur en incluant des régions du lobe temporal médian). Pendant la période de rétention, le couplage thêta-gamma était augmenté dans l'hippocampe gauche pendant les essais de mémoire par rapport aux essais de perception. Il est important de noter que la force du couplage thêta-gamma était corrélée à la performance des participants et qu'une forte stabilité du couplage (bouffée gamma imbriquée dans la phase ascendante de l'oscillation thêta) a été observée dans l'hippocampe gauche et le cortex auditif secondaire. Ce résultat suggère que le couplage thêta-gamma dans l'hippocampe favorise la rétention des éléments mémorisés dans une tâche de mémoire auditive à court terme. Cela élargit nos connaissances sur le rôle général du couplage inter-fréquentiel en tant que mécanisme biologique global pour le traitement et l'intégration des informations dans le cerveau humain. / Brain oscillations provide the experimental material to observe the dynamical structure of brain activity (Baillet, 2017; Buzsaki and Draguhn, 2004; Silva, 2013). Between rest and task performance, the signal properties of oscillations (frequency, phase, and amplitude) vary across brain regions, according to the mental state and the ongoing task performed. Phase Amplitude Coupling between theta and gamma oscillations has been hypothesized to implement the retention of information during short-term memory. However, the role of theta-gamma coupling in short-term memory functions still needs to be demonstrated. In this study, we investigated if hippocampal theta-gamma PAC supports auditory memory retention, as compared to simple perception, and if theta-gamma coupling in the human hippocampus can correlate with behavioural performance in a short-term auditory memory task. Stereotaxic EEG recordings were obtained from 16 pharmaco-resistant epileptic patients who performed delayed match-to-sample tasks for tone sequences, and a passive listening perception condition with the same material. To investigate short-term memory functions, the duration of the silent retention period between the to-be-compared sequences (2000, 4000, 8000 ms) as well as the memory load (3, 6 tones) were manipulated. Time-frequency analyses during the encoding period of the task show that each tone was encoded by a transient gamma burst in the auditory cortex, while the entire sequence elicited sustained theta oscillations in the ventral auditory stream (from the superior temporal gyrus to the inferior frontal gyrus including regions of the medial temporal lobe). During the retention period, theta-gamma coupling increased in the left hippocampus during memory trials as compared to perception trials. Importantly, theta-gamma coupling strength was correlated with participant's performance and high coupling stability/consistency (gamma burst nested to the ascending phase of the theta oscillation) was observed in both the left hippocampus and secondary auditory cortex. This study suggests that hippocampal theta-gamma coupling supports the retention of memorized items in auditory short-term memory. This expands our knowledge of the general role of cross-frequency coupling as a global biological mechanism for brain information processing and integration in the human brain.

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

Le contrôle exécutif de l'action fait référence a la capacité de l'homme a contrôler et adapter son comportement de manière flexible, en lien avec ses états mentaux internes. Il repose sur l’évaluation des conséquences des actions pour ajuster les choix futurs. Les actions peuvent être renforcées ou dévalues en fonction de la valeur affective des conséquences, impliquant notamment les ganglions de la base et le cortex préfrontal médian. En outre, les conséquences des actions portent une information, qui permet d'ajuster le comportement en relation avec des croyances internes, impliquant le cortex préfrontal. Ainsi, les conséquences des actions portent deux types de signaux : (1) Une valeur affective, qui représente l’évaluation de la conséquence de l'action selon les préférences subjectives, issue de l'apprentissage par renforcement ; (2) Une valeur de croyance, mesurant comment les actions correspondent aux contingences externes, en lien avec l’inférence bayésienne. Cependant, la contribution de ces deux signaux a la prise de décision reste méconnue. Dans cette these, nous avons étudie la pertinence de cette dissociation aux niveaux comportemental et cérébral. Nous présentons plusieurs expériences comportementales permettant de dissocier ces deux signaux de valeur, sous la forme de taches d'apprentissage probabiliste avec des structures de récompense stochastiques et changeantes. Nous avons construit un modelé établissant les fondations fonctionnelles et computationnelles de la dissociation. Il combine deux systèmes en parallèle : un système d'apprentissage par renforcement modulant les valeurs affectives, et un système d’inférence bayésienne modulant les croyances. Le modèle explique mieux le comportement que de nombreux modèles alternatifs. Nous avons ensuite étudie, en IRM fonctionnelle, si les représentations dépendantes et indépendantes du choix des croyances et des valeurs affectives avaient des bases neurales distinctes. L’activité du cortex préfrontal ventromédian (VMPFC) et du cortex mid-cingulaire (MCC) corrélé avec les deux variables dépendantes du choix. Cependant, une double-dissociation a été identifiée concernant les représentations indépendantes du choix, le VMPFC étant spécifique des croyances alors que le MCC est spécifique des valeurs affectives. En outre, l’activité du cortex préfrontal latéral augmente lorsque les deux valeurs de décision sont proches et que le choix devient difficile. Ces résultats suggèrent qu'avant la décision, le cortex préfrontal ventromédian (VMPFC) et le cortex mid-cingulaire (MCC) encodent séparément les croyances et les valeurs affectives respectivement. Le cortex préfrontal latéral (LPFC) combine les deux signaux pour prendre une décision, puis renvoie l'information du choix aux régions médianes, probablement pour actualiser les deux signaux de valeur en fonction des conséquences du choix. Ces résultats contribuent a élucider les mécanismes cérébraux de la prise de décision dans le cortex préfrontal. / Executive control relates to the human ability to monitor and flexibly adapt behavior in relation to internal mental states. Specifically, executive control relies on evaluating action outcomes for adjusting subsequent action. Actions can be reinforced or devaluated given affective value of outcomes, notably in basal ganglia and medial prefrontal cortex. Additionally, outcomes convey information to adapt behavior in relation to internal beliefs, involving prefrontal cortex. Accordingly, action outcomes convey two major types of value signals: (1) Affective values, representing the valuation of action outcomes given subjective preferences and stemming from reinforcement learning; (2) Belief values about how actions map onto outcome contingencies and relating to Bayesian inference. However, how these two signals contribute to decision remains unclear, and previous experimental paradigms confounded them. In this PhD thesis, we investigated whether their dissociation is behaviorally and neurally relevant. We present several behavioral experiments dissociating these two signals, in the form of probabilistic reversal-learning tasks involving stochastic and changing reward structures. We built a model establishing the functional and computational foundations of such dissociation. It combined two parallel systems: reinforcement learning, modulating affective values, and Bayesian inference, monitoring beliefs. The model accounted for behavior better than many other alternative models. We then investigated whether beliefs and affective values have distinct neural bases using fMRI. BOLD signal was regressed against choice-dependent and choice-independent beliefs and affective values. Ventromedial prefrontal cortex (VMPFC) and midcingulate cortex (MCC) activity correlated with both choice-dependent variables. However, we found a double-dissociation regarding choice-independent variables, with VMPFC encoding choice-independent beliefs, whereas MCC encoded choice-independent affective values. Additionally, activity in lateral prefrontal cortex (LPFC) increased when decision values (i.e. mixture of beliefs and affective values) got closer to each other and action selection became more difficult. These results suggest that before decision, VMPFC and MCC separately encode beliefs and affective values respectively. LPFC combines both signals to decide, then feeds back choice information to these medial regions, presumably for updating these value signals according to action outcomes. These results provide new insight into the neural mechanisms of decision-making in prefrontal cortex.

L’innovation thérapeutique est limitée en psychiatrie. De nombreux médicaments sélectionnés sur la base de résultats encourageants dans les essais chez l’animal se révèlent décevants lors des essais cliniques. La validité limitée des modèles animaux, et leur utilisation pour tenter de mimer des pathologies définies de façon catégorielle sur la base de regroupement de symptômes de surface sans lien clair avec les processus cérébraux, les mécanismes biologiques ou la génétique, participent à ces difficultés. Une branche des neurosciences cognitives, l’étude de l’apprentissage par renforcement, associée à l’utilisation d’interventions pharmacologiques ciblées chez le sujet malade ou le sujet sain, représente une opportunité de mieux caractériser les processus cérébraux sous-tendant certaines dimensions cardinales des pathologies psychiatriques. Nous illustrons l’utilisation de l’étude de l’apprentissage par renforcement avec intervention pharmacologique dans deux études expérimentales. La première cherche à caractériser l’effet de l’aripiprazole, un antipsychotique atypique, chez des patients atteints du syndrome Gilles de la Tourette, en utilisant une tâche d’apprentissage contrefactuel, évaluant la capacité à apprendre non seulement des conséquences de ses actions, mais également des conséquences hypothétiques d’actions alternatives possibles. La seconde étude, randomisée contrôlée et en double aveugle, étudie l’effet de deux classes différentes d’antidépresseurs, l’escitalopram et l’agomélatine, chez le sujet sain. L’effet de leur administration est évalué à court terme (3 jours) et à long terme (8 semaines) dans deux tâches probabilistes de sélection de stimulus, l’une simple, l’autre avec renversements occasionnels. L’utilisation de cette approche pourrait participer à la définition d’endophénotypes et, en collaboration avec la recherche préclinique, aider à la création de nouveaux modèles animaux pour en améliorer la valeur prédictive. / Successful new drug development has declined in psychiatry in the last decades. This is in part the resut of a high failure rate in translating positive preclinical efficacy results to positive clinical trials. Limitations in the validity of animal models and shortcomings in the usefullnes of the current categorical diagnostic system. Cognitive neurosciences and particularly reinforcement learning and its computational analysis might provide biomarkers required to develop new ways of classifying mental disorders on the basis of both observable behaviour and neurobiological measues. Used in conjunction with pharmacological challenges, it may bring new insights into the physiopahtology and brain mechanisms underlying psychiatric disorders. It may also help design new animal models with imporved predictive validity for the develoment of medications relying on innovative mechanisms of action. We illustrate the use of reinforcement learning and pharmacological challenge in two experimental studies. In the first experiment, we administered a reinforcement learning task that involves both direct learning from obtained outcomes and indirect learning from forgone outcomes to two groups of Gilles de la Tourette patients, one receiving aripiprazole, one unmedicated and to a group of healty subjects. In the second experiment, we administered two probabilistic stimulus selection learning tasks (one simple, one with occasional reversals) to healthy subjects randomly and blindly allocated to either escitalopram, a typical serotonin reuptake inhibitor, agomelatine, an antidepressant with a different mechanism of action, or placebo. The experiment compard the effect of these two classes of antidepressants to placebo after both short term (3 days) and long term (8 weeks) treatment. These experiments bring insights into the understanding of the clinical condition studied, and the effects of the drugs tested. Implications of this approach for the translational approach to drug development is discussed.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique.

Abstract concepts seem to be related to space dimension. Evidence of this relation refers to the domain of numerical cognition. An example is the SNARC effect (Spatial Numerical Association of Response Codes, Dehaene, Bossini, and Giraux 1993), which consists in the observation that people react faster to small number with the left hand and to large number with the right hand. This number-space interaction has been explained according to the mental number line hypothesis (e.g. Restle 1970; Dehaene, Bossini, and Giraux 1993), which claims that the representation of numbers has the form of a horizontal line upon which numbers are represented from left to right. Recently, an alternative account suggests that the association between numbers and space results from a decision process to categorize numbers as “small” and “large” before being associated with space dimension (e.g. Gevers et al. 2006b, 2010; Van Opstal and Verguts 2013). The first goal of this thesis is investigating the spatial coding of numbers. In a first study, magnitude concepts such as “small” and “large” were observed to be spatially organized like numbers. In a second study, these magnitude concepts were intermixed with numbers in a reversal design (e.g. Notebaert et al. 2006). In this study, responding as incompatible to magnitude concepts with hand or foot was observed to reverse the spatial mapping of numbers, supporting the idea that the congruency between numbers and space results from conceptual coding of magnitude (e.g. Gevers et al. 2006b, 2010; see also Van Opstal and Verguts 2013). Further evidence of association between abstract concepts and space has been provided also in the domain of emotion. On one hand, Casasanto (2009a) demonstrated that people spontaneously associate positive valence with the side of space congruent to the dominant hand. On the other hand, Holmes and Lourenco (2011) observed that emotional expressions are left-to-right spatially organized with increasing in happiness/angriness rather than positive/negative valence. A second aim of this thesis is focused on investigating the spatial coding of emotion. This was meant to understand how general are the spatial mechanisms. In a third study, the reversal paradigm (e.g. Notebaert et al. 2006) was adopted to investigate the processing mechanism underlying spatial coding of numbers and emotional valence concepts. Manipulation of the mapping between valence concepts and lateralized responses did not influence the spatial coding of numbers, suggesting a separate underlying architecture. Finally, in a fourth study, spatial coding of emotion was observed according to both valence and arousal dimensions (Casasanto 2009a; Holmes and Lourenco 2011). / Doctorat en Sciences psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Doctorat en Sciences Psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le présent projet de thèse a pour objectif de cerner le rôle (activation ou protection) du complexe-k évoqué et du complexe-k spontané dans le sommeil chez de bons dormeurs et de déterminer si ce rôle se maintient chez des individus souffrant d'insomnie primaire. Les résultats indiquent un ralentissement de l'activité corticale suivant la présence d'un complexe-k spontané (augmentation de l'activité delta et diminution de l'activité theta, alpha, sigma et beta) et d'un complexe-k évoqué (augmentation de l'activité delta et diminution de l'activité theta, sigma, beta et gamma) chez de bons dormeurs. Ces changements dans l'activité EEG suggèrent que le sommeil est plus profond suivant ces deux types de complexe-k qu'à leur niveau de base. Ces résultats appuient le rôle de protection dans le sommeil du complexe-k spontané et du complexe-k évoqué. Également, contrairement à ce qui était prévu, des changements dans l'activité corticale similaires à ceux mesurés chez de bons dormeurs ont été observés chez des personnes souffrant d'insomnie primaire. En lien avec le modèle neurocognitif de l'insomnie, il semble ainsi que l'amplification du traitement de l'information présumée dans l'insomnie ne soit pas reflétée au niveau du complexe-k. Ces résultats suggèrent qu'il n'y a pas de déficit relié au complexe-k dans l'insomnie, tel que mesuré par les changements de l'activité corticale entourant leur présence. Plutôt, le rôle de protection dans le sommeil du complexe-k spontané et du complexe-k évoqué semble se maintenir chez des personnes souffrant d'insomnie primaire.

Le phénomène de Clignement Attentionnel (Attentional Blink, AB), fait référence à une diminution transitoire du rapport exact d’une deuxième cible (C2) si celle-ci est présentée trop tôt après une première cible (C1) lors d’une présentation visuelle sérielle rapide (rapid serial visual presentation, RSVP), et ce, quand les deux cibles doivent être rapportées. Cette étude a examiné l’existence possible d’asymétries hémisphèriques dans le traitement attentionnel ainsi que l’éventualité que la présentation de cibles à deux hémisphères différents puisse diminuer le AB chez des participants neurologiquement sains et l’abolir dans le cas d’un patient callosotomisé. Pour ce faire, nous avons employé un paradigme modifié du AB dans lequel les cibles pouvaient apparaître dans n’importe quelle de quatre RSVP, une dans chaque quadrant du champ visuel, pour permettre des essais dans lesquels les deux cibles puissent être présentées au même hémisphère et d’autres où chaque cible était présentée à un hémisphère différent. Bien que nous n’ayons trouvé aucune diminution de l’effet AB lors de présentation inter-hémisphérique, dans les deux populations à l’étude, le taux de bonnes réponses globales à la deuxième cible était plus élevé quand les cibles étaient présentées à des hémisphères différents. Nous avons également trouvé un avantage de l’hémisphère gauche chez le patient callosotomisé. / The Attentional Blink (AB) refers to a transient impairment in the accurate report of a second target (T2) if it closely follows the presentation of a first target (T1) in a rapid serial visual presentation (RSVP), when both targets must be reported. This study investigated both the possibility of hemispheric asymmetries of attentional processes as well as the possibility that presenting targets to different hemispheres could diminish the AB in neurologically intact participants and abolish it in the case of a split-brain patient. To do so, a modified AB paradigm was used in which targets could appear in any of four simultaneous RSVP streams, one in each quadrant of the visual field, so as to have trials in which both targets were presented to the same hemispheres and trials in which targets were presented to different hemispheres. Although no evidence of a diminished AB was observed by presenting targets to separate hemispheres, in both neurologically intact individuals and the split-brain patient, overall accuracy was higher when targets were presented to separate hemispheres. A left hemisphere advantage was only observed in the split-brain patient.

Le thème général qui m'intéresse et qui unifie les différentes branches de mes recherches passées et présentes est celui du développement cérébral et cognitif. Au sein de ce thème je m'intéresse plus particulièrement à l'acquisition du langage, avec une approche résolument pluridisciplinaire. Les questions qui se situent au cœur de ma recherche sont: Quels sont les mécanismes<br />cognitifs qui permettent l'acquisition du langage par l'enfant? Comment ces mécanismes se développent-ils dans le cerveau du nourrisson? Comment le génome humain peut-il construire un cerveau qui a le potentiel de développer de tels mécanismes? J'utilise plusieurs approches convergentes pour tenter de répondre<br />à ces questions. L'une consiste à étudier les capacités<br />perceptives précoces qui constituent le socle des premières acquisitions linguistiques du nourrisson, leurs bases cérébrales, et leurs origines évolutives. Une autre approche est celle de la pathologie. Ma recherche d'un modèle neuropsychologique de l'acquisition du langage m'a naturellement con\-duit à l'étude de la dyslexie développementale, qui est aujourd'hui mon principal<br />sujet de recherche. Après avoir mené des études expérimentales systématiques des différentes théories de la dyslexie, mes travaux se poursuivent dans deux directions. L'une consiste à explorer en grand détail le déficit phonologique à la base de la plupart des cas de dyslexie, en utilisant les méthodes de la psycholinguistique, dans le but de comprendre dans quelle mesure les mécanismes d'acquisition du langage se développent de manière déviante chez l'enfant dyslexique. L'autre se tourne résolument vers la biologie dans le but de comprendre les origines cérébrales<br />et génétiques du déficit phonologique. En me basant sur les données neurobiologiques disponibles, j'ai proposé un modèle permettant de comprendre l'étiologie et la diversité des symptômes cognitifs associés à la dyslexie et plus généralement à d'autres troubles neuro-développementaux. L'un de mes objectifs est de<br />tester ce modèle par des études d'imagerie cérébrale et de génétique des troubles de l'acquisition du langage (dyslexie et dysphasie). Au-delà de cette approche par la pathologie, la perspective à long terme est d'éclairer les processus biologiques impliqués dans le développement des systèmes neuronaux qui contribuent à certains mécanismes d'acquisition du langage.