Obsessive-compulsive disorder (OCD) is heterogeneous. Clinical presentation of OCD differs by sex and age-of-onset and evidence supports classification based on these subtypes. The prevalence of OCD in the general population is 2%. However, it has been established that women tend to experience onset and exacerbation of OCD during reproductive milestones. In particular, the prevalence of postpartum OCD is between 4 to 9%. This study seeks to examine the effects of past childhood maltreatment and S/Lg-allele status of the 5-HTTLPR polymorphism on perinatal obsessive-compulsive symptoms and aberrant resting state functional connectivity in the postpartum period. Forty women participated in the first visit and sixteen women have been followed up with in the postpartum period. 5-HTTLPR genotype was determined from whole blood samples via polymerase chain reaction and a restriction fragment length digest. We used the Yale-Brown Obsessive-Compulsive Scale and Perinatal Obsessive-Compulsive scale to measure symptom severity. Resting state functional connectivity was determined from functional magnetic resonance imaging data. Obsessive-compulsive symptoms during late pregnancy are significantly predicted by 5-HTTLPR genotype, past history of total childhood maltreatment or childhood emotional neglect and trait anxiety symptoms. Whereas obsessive-compulsive symptoms during the postpartum period are predicted by poor sleep quality and childhood emotional maltreatment or 5-HTTLPR genotype, childhood emotional maltreatment and trait anxiety symptoms. Seed to region-of-interest analysis was employed to evaluate resting state functional connectivity differences between OCD patients and healthy controls in the postpartum period. Compared to healthy controls, OCD patients show greater connectivity between the caudate nucleus with the orbitofrontal cortex, the pars triangularis and the cingulate area. The insular cortex shows decreased connectivity between the right and left, the dorsal anterior cingulate area and the pars opercularis. The amygdala has increased connectivity with the cingulate area, the calcarine fissure, the supramarginal gyrus and decreased connectivity with the gyrus rectus. The above clinical and neuroimaging findings are in line with past work. However, this is the first study to show both 5-HTTLPR genotype and history of childhood maltreatment predict obsessive-compulsive symptoms in a perinatal population. Further, the resting state data replicates findings in the OCD literature but the study is the first to show this in postpartum women. This study serves as a platform for future work to further investigate both gene-environment interactions and distinct neuroimaging correlates in perinatal OCD. / Thesis / Master of Science (MSc)

Le système cholinergique basalo-cortical joue un rôle crucial dans la régulation de la fonction visuelle grâce à son contrôle sur le cortex visuel primaire (V1). Ce système influence particulièrement la plasticité corticale, les processus d'attention et les mécanismes d'apprentissage. Les neurones cholinergiques, en particulier, jouent un rôle fondamental dans les processus d'attention et les mécanismes d'apprentissage, deux aspects clés de la cognition. Une caractéristique remarquable de ce système est sa capacité à moduler la fonction des neurones visuels. La stimulation des neurones cholinergiques, par exemple, peut entraîner une augmentation du fonctionnement de ces neurones, ce qui se traduit par une amélioration de leur sélectivité pour des tâches visuelles spécifiques. Un exemple frappant de cet effet est observé dans la sensibilité au contraste, une fonction cruciale pour la perception visuelle. Dans ce contexte, notre étude cherche à explorer et à comparer les caractéristiques distinctes de la libération d'acétylcholine (ACh) et de l'activité neuronale au sein du cortex visuel. Nous nous concentrons particulièrement sur les variations de contraste et de mouvement, deux éléments essentiels de l'environnement visuel, pour mieux comprendre comment le système cholinergique influence ces aspects de la perception visuelle. Pour ce faire, nous avons recours à l'imagerie mésoscopique, une technique avancée permettant d'observer l'activité calcique et cholinergique au niveau neuronal. L'imagerie mésoscopique de l'activité calcique et cholinergique a été réalisée chez des souris transgéniques de Thy1-gCAMP6s et des souris gACh-3.0 (senseur d’ACh transfecté par un virus adeno-associé). Dans cette étude, nous avons utilisé un réseau sinusoïdal horizontal de fréquence spatiale de 0,3 cycles par degré et de contraste variable de 30%, 50%, 75%, et 100%. La stimulation sur des moniteurs a inclus 10 répétitions de 2 secondes, avec des intervalles de 8 secondes. L’amplitude maximale des signaux calcique et cholinergiques a été calculée à l'aide d'un système d'imagerie optique modulaire et d'une caméra scientifique complémentaire métal-oxyde-semi-conducteur, CMOS. Ces mesures ont été effectuées au niveau du V1 ainsi que des zones extrastriées, y compris le cortex occipital latéral (LM), le cortex temporal intermédiaire postérieur (PM) et lateral (AL). L'examen des variationsde l'ACh et des signaux de calcium a été effectué en utilisant l'outil universal mesoscale Imaging dans le logiciel MATLAB. Des changements significatifs dépendant du contraste des signaux provenant de l'indicateur cholinergique (ACh) et calcium (Ca)ont été observés dans toutes les zones visuelles étudiées, à savoir V1, AL et PM, à l'exception de LM. Par exemple, l'amplitude moyenne pour groupe de l'expérience gACh 3.0 a été multipliée par trois lorsque l'on compare la condition de 30 % à la condition de 100 % et pour le groupe gCAMP6s plus de trois fois dans le cortex visuel primaire. En outre, la latence pour la zone V1 a été mesurée, révélant une diminution du temps de réaction à mesure que l'intensité du stimulus augmentait en fonction du contraste, statistiquement significatif pour le groupe gCAMP6s mais non statistiquement significatif pour gACh3.0. La sensibilité au mouvement a été étudiée quant à elle grâce à la projection d’un kinématogramme de points aléatoires (RDK) dont la cohérence de direction variait (de 30%, 50%, 75%, à 100%). Ni le signal calcique si celui d’ACh était sensible à la variation de la cohérence de mouvement. L'efficacité du donepezil (0.1 et 1mg/kg), qui potentialise la transmission cholinergique, était dépendante de la dose et augmentait la libération d’ACh signal mais pas le signal calcique. L’antagonisme des récepteurs muscarinique à l’ACh par la scopolamine (1mg/kg), diminuait le signal calcique. L'activité à l'état de repos présentait une corrélation modeste entre les différentes aires corticales et n’a pas été affectée par le DPZ dans le groupe gACh3.0. Cependant, dans le groupe de la gCAMP6s, les corrélations ont été renforcées après l'administration des injections. En conclusion, les résultats ont révélé une sensibilité accrue au contraste pour la signalisation du calcium et de l'ACh, où les signaux de calcium ont montré une plus grande activation par rapport aux signaux cholinergiques. Cependant les signaux n’étaient pas sensibles à la cohérence des points en mouvement. Conclusion : La libération d’ACh varie en fonction du stimulus visuel et semble avoir un impact sur l’intensité de la réponse neuronale au stimulus. Les médicaments cholinergiques et anticholinergiques, en particulier lorsqu'ils sont administrés à des doses élevées, peuvent induire des altérations de l'amplitude de l’activité corticale. / The basalo-cortical cholinergic system plays a crucial role in the regulation of visual function through its control over the precise adjustment of cortical processing. This system particularly influences cortical plasticity, attentional processes, and learning mechanisms. Cholinergic neurons, in particular, play a critical role in attention processes and learning mechanisms, which are key aspects of cognition. A notable feature of this system is its ability to modulate the function of visual neurons. For instance, stimulation of cholinergic neurons can lead to an enhanced operation of these neurons, resulting in improved selectivity for specific visual tasks. This effect is prominently observed in contrast sensitivity, a crucial function for visual perception. In this context, our study aims to explore and compare the distinct characteristics of acetylcholine (ACh) release and neuronal activity within the visual cortex. We are especially focused on variations in contrast and motion, two essential components of the visual environment, to better understand how the cholinergic system influences these aspects of visual perception. To achieve this, we employ mesoscopic imaging, an advanced technique for observing calcium and cholinergic activity at the neuronal level. Mesoscopic imaging of calcium and cholinergic activity was conducted in Thy1-gCAMP6s transgenic mice and gACh-3.0 mice (ACh sensor transduced by adeno-associated virus). In this study, we used a horizontal sinusoidal grating of 0.3 cycles per degree spatial frequency with varying contrast levels of 30%, 50%, 75%, and 100%. Stimulation on BenQ monitors included 10 repetitions of 2 seconds, with 8-second intervals. The maximum amplitude of calcium and cholinergic signals was calculated using a modular optical imaging system and a complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS, scientific camera. These measurements were taken at V1 and extrastriate areas, including the lateral occipital cortex (LM), posterior intermediate temporal cortex (PM), and lateral (AL). Examination of ACh and calcium signal variations was performed using the universal mesoscale Imaging tool in MATLAB software. Significant contrast-dependent changes in cholinergic (ACh) and calcium (Ca) indicator signals were observed in all visual areas studied, namely V1, AL, and PM, except for LM. For instance, the mean amplitude for the gACh 3.0 experimental group was tripled when comparing the 30% to the 100% condition, and for the gcamp6s group, it was more than tripled in the primary visual cortex. Moreover, the latency for the V1 area was measured, revealing a decrease in reaction time as stimulus intensity increased according to contrast statistically significant for gCAMP6s group but not significant for gACh3.0. Motion sensitivity was studied by projecting a random dot kinematogram with varying directional coherence (from 30%, 50%, 75%, to 100%). Neither the CaS nor the ACh signal was sensitive to variation in motion coherence. The efficacy of DPZ (0.1 and 1mg/kg), which potentiates cholinergic transmission, was dose-dependent and increased ACh release but not calcium signal. Muscarinic ACh receptor antagonism by scopolamine (1mg/kg) decreased calcium signaling. Resting-state activity correlated modestly between the different cortical areas and was not affected by DPZ in the gACh3.0 group. The resting state activity exhibited a modest correlation and was infrequently impacted by treatments in the gACh3.0 group. However, in the gCAMP6s group, both positive and negative correlations were enhanced subsequent to the administration of injections. As a conclusion, the research findings revealed a strong contrast sensitivity of both calcium and ACh signalling, wherein calcium signals exhibited greater activation compared to ACh signals. The influence of ACh on visual processing is thus shown at a very low cognitive level. The signals were not changed by the coherence of moving dots. Cholinergic and anticholinergic drugs, particularly when administered in high dosages, influence the visual processing.

Este estudo foi realizado para testar técnicas de ressonância magnética funcional (RMf) para investigar aspectos funcionais da pineal humana. Foram coletadas imagens funcionais e amostras de sangue total para a dosagem da melatonina plasmática antes, durante e após a apresentação de estímulo com luz azul quase monocromática em indivíduos saudáveis. Os participantes realizaram o exame de tomografia computadorizada do crânio sem o uso de contraste endovenoso (TC), para a avaliação qualitativa do grau de calcificação pineal. As conclusões foram: a) não houve ativação da pineal em resposta à aplicação da luz; b) não houve diferenças estatisticamente significativas entre as condições pré-estímulo, durante o estímulo ou pós-estímulo usando diferentes métodos de análise dos dados de RMf, porém, observou-se tendência de maior poder espectral na pineal durante a aplicação do estímulo luminoso do que nas condições pré e pós-estímulo; c) foi identificada a conectividade funcional da pineal, que poderá ser melhor avaliada em estudo futuro. / This study aimed to test the functional magnetic resonance imaging (fMRI) techniques in order to investigate the functional aspects of human pineal gland. Some functional images and total blood samples for dosing the plasmatic melatonin concentration were collected before, during and after the presentation of a monochromatic blue light stimulation in healthy individuals. All subjects were examined by a brain CT scan, with no the administration of endovenous contrast, for the qualitative assessment of the pineal calcification level. The conclusions were the following: a) there was no pineal activation in response to the application of light; b) there were no statistically significant differences between the pre-, during and poststimulation conditions with different analysis methods of fMRI data, however, there was a trend of greater spectral power in the pineal gland during the luminous stimulation application than under the other conditions; c) the functional connectivity of the pineal could be identified, which should be better assessed in a future study.

Este estudo foi realizado para testar técnicas de ressonância magnética funcional (RMf) para investigar aspectos funcionais da pineal humana. Foram coletadas imagens funcionais e amostras de sangue total para a dosagem da melatonina plasmática antes, durante e após a apresentação de estímulo com luz azul quase monocromática em indivíduos saudáveis. Os participantes realizaram o exame de tomografia computadorizada do crânio sem o uso de contraste endovenoso (TC), para a avaliação qualitativa do grau de calcificação pineal. As conclusões foram: a) não houve ativação da pineal em resposta à aplicação da luz; b) não houve diferenças estatisticamente significativas entre as condições pré-estímulo, durante o estímulo ou pós-estímulo usando diferentes métodos de análise dos dados de RMf, porém, observou-se tendência de maior poder espectral na pineal durante a aplicação do estímulo luminoso do que nas condições pré e pós-estímulo; c) foi identificada a conectividade funcional da pineal, que poderá ser melhor avaliada em estudo futuro. / This study aimed to test the functional magnetic resonance imaging (fMRI) techniques in order to investigate the functional aspects of human pineal gland. Some functional images and total blood samples for dosing the plasmatic melatonin concentration were collected before, during and after the presentation of a monochromatic blue light stimulation in healthy individuals. All subjects were examined by a brain CT scan, with no the administration of endovenous contrast, for the qualitative assessment of the pineal calcification level. The conclusions were the following: a) there was no pineal activation in response to the application of light; b) there were no statistically significant differences between the pre-, during and poststimulation conditions with different analysis methods of fMRI data, however, there was a trend of greater spectral power in the pineal gland during the luminous stimulation application than under the other conditions; c) the functional connectivity of the pineal could be identified, which should be better assessed in a future study.

L’objectif général de ce travail de thèse a été de caractériser in vivo, chez l’Homme, les réorganisations mnésiques retrouvées dans l’épilepsie temporo-mésiale pharmaco-résistante.Nous nous sommes appuyés sur une approche multimodale d’imagerie combinant étude de la connectivité et des réseaux d’activations mnésiques en IRMf, et étude de la consommation métabolique régionale inter-critique de glucose en TEP. Il s’agissait, notamment, de mieux comprendre la relative préservation mnésique retrouvée chez certains de ces patients, malgré l’implication du cortex temporal interne au sein de leurs réseaux épileptiques.Nos résultats, obtenus pour l’encodage d’items uniques non matériel-spécifiques, apportent des connaissances nouvelles sur l’adaptation fonctionnelle des réseaux cognitifs au sein et en dehors de la zone épileptogène, expliquant les différences de performance mnésique en reconnaissance, et leur lien possible avec les réseaux épileptiques.Ces travaux suggèrent, notamment, l’existence de ressources fonctionnelles additionnelles efficaces, à la fois locales et à distance, impliquant la voie visuelle ventrale bilatérale. Ces processus de compensation pourraient être conditionnés par les caractéristiques propres de l’atteinte primitive, et en particulier une implication différente des structures temporales internes au sein de la zone épileptogène. L’altération fonctionnelle de ce système perceptivo-mnésique pourrait induire une réorganisation inefficace plus large, sollicitant l’activation alternative des réseaux de l’attention, au niveau des régions fronto-cingulaires et pariétales. / The overall objective of this thesis was to characterize in vivo the human memory reorganization observed in medial temporal lobe epilepsy, in particular for recognition memory.We conducted a multimodal neuroimaging approach, combining the study of connectivity and memory activation networks with fMRI, and the study of inter-ictal cerebral metabolic rate of glucose with PET. We aimed to better understand the relative preservation of memory found in some patients, despite the involvement of the medial temporal lobe within their epileptic networks. Our findings, obtained for the encoding of non material-specific single items, provide new insights into the functional adaptation of cognitive networks, within and outside the epileptogenic zone, and help to explain the differences in recognition performance, and their possible relationship with epileptic networks. These studies suggest, in particular, the existence of local and remote compensatory mechanisms which are functionally effective and involve the ventral visual stream bilaterally. These could be influenced by the exact involvement of medial temporal structures within the epileptogenic zone. The impairment of this perceptive-memory system may lead to a more large-scale reorganization with the alternative activation of an inefficient network of attention-related areas involving fronto-cingulate and parietal cortices.

L'objectif de cette thèse est d'identifier et caractériser les boucles anatomiques et fonctionnelles cortico-sous-corticales chez l'Homme, à partir de données d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) au repos et de diffusion. Une boucle est un ensemble de régions corticales, sous-corticales et cérébelleuses, qui interagissent afin d'effectuer ou de préparer une tâche.Le premier axe de ce travail vise à identifier les réseaux fonctionnels cortico-sous-corticaux en IRMf au repos. Nous proposons une méthode statistique robuste séparant l'analyse corticale de l'analyse sous-corticale. Une analyse en composantes indépendantes spatiales est d'abord réalisée individuellement sur les régions corticales, et suivie d'une classification hiérarchique. Les régions sous-corticales associées sont ensuite extraites par un modèle linéaire général dont les régresseurs comportent la dynamique des régions corticales, suivi d'une analyse de groupe à effets aléatoires. La méthode est validée sur deux jeux de données différents. Un atlas immunohistochimique des structures sous-corticales permet ensuite de déterminer la fonction sensorimotrice, associative ou limbique des réseaux obtenus. Nous montrons enfin que l'anatomie est un support pour la fonction chez des sujets sains.Le dernier axe étudie le syndrome de Gilles de la Tourette, qu'on pense être dû à un dysfonctionnement des boucles cortico-sous-corticales. Nous caractérisons d'abord les boucles cortico-sous-corticales fonctionnelles grâce à des métriques d'intégration et de théorie des graphes, et des différences en termes de connectivité sont mises en évidence entre patients adultes et volontaires sains. Nous montrons également que les boucles cortico-sous-corticales fonctionnelles chez les patients sont soutenues par l'anatomie sous-jacente. / The objective of this thesis is to identify and characterize human anatomical and functional cortico-subcortical loops, using data from resting-state functional magnetic resonance imaging (fMRI) and diffusion MRI. A loop is a set of cortical, subcortical and cerebellar regions that interact to perform or prepare for a task.We first aim to identify cortico-subcortical functional networks from resting-state fMRI data. We propose a robust statistical method that separates the analysis of cortical regions from that of subcortical structures. A spatial independent component analysis is first performed on individual cortical regions, followed by a hierarchical classification. The associated subcortical regions are then extracted by using a general linear model, the regressors of which contain the dynamics of the cortical regions, followed by a random-effect group analysis. The proposed approach is assessed on two different data sets. An immunohistochemical subcortical atlas is then used to determine the sensorimotor, associative or limbic function of the resulting networks. We finally demonstrate that anatomy is a support for function in healthy subjects.The last part is devoted to the study of the Gilles de la Tourette syndrome, thought to be due to adysfunction of cortico-subcortical loops. Firstly, cortico-subcortical functional loops are characterized using metrics such as integration and graph theory measures, showing differences in terms of connectivity between adult patients and healthy volunteers. Secondly, we show that the cortico-subcortical functional loops in patients are supported by the underlying anatomy.

Il existe deux façons d'analyser l'activité cérébrale acquise en magnétoencéphalographie (MEG) : soit en moyennant les réponses suscitées par la répétition d'un stimulus afin d'observer le « champ évoqué »; soit en décomposant le signal en bandes oscillatoires (tel que l'alpha, le bêta ou le gamma), chacune étant associée à différents rôles fonctionnels. Ces méthodes ne prennent cependant pas compte de la complexité de l'activité cérébrale dont l'essentiel est arythmique, notamment au repos. Pour pallier à cela, une autre approche consiste à analyser le spectre de puissance en 1/f observable dans les très basses fréquences, une caractéristique des systèmes dont la dynamique est invariante d'échelle. Pour savoir si cette propriété joue un quelconque rôle dans le fonctionnement cérébral et si elle a des conséquences sur le comportement, nous avons établit un paradigme d'apprentissage visuel permettant d'observer de la plasticité fonctionnelle au cours d'une session MEG. Pour avoir un entraînement optimal, nous avons développé de nouveaux stimuli audiovisuels (AV) (une texture acoustique associée à un nuage de points colorés en mouvement) permettant une intégration multisensorielle et de ce fait un meilleur apprentissage que celui apporté par un entraînement visuel seul (V) ou accompagné d'un bruit acoustique (AVn). Nous avons ensuite étudié les corrélats neuronaux de ces trois types d'apprentissage par l'analyse classique des champs évoqués. Une fois l'activité reconstruite sur la surface corticale de chaque individu à l'aide de MNE-dSPM, nous avons identifié le réseau impliqué dans la tâche au sein de chaque groupe. En particulier, la plasticité sélective observée dans l'aire hMT+ associée au traitement du mouvement visuel corrélait avec les progressions comportementales des individus et était soutenue en AV par un plus vaste réseau comprenant notamment des aires multisensorielles. Parallèlement, nous avons exploré les liens reliant le comportement et les propriétés d'invariance d'échelle de ces mêmes signaux MEG reconstruits sur le cortex. Tandis que la plupart des études se limitent à analyser l'auto-similarité (une caractéristique globale synonyme de longue mémoire), nous avons aussi considéré les fluctuations locales (c-à-d la multifractalité) au moyen de l'analyse WLBMF. Nous avons trouvé des modulations couplées de l'auto-similarité et de la multifractalité dans des régions similaires à celles révélées par l'analyse des champs évoqués. Plus surprenant, Le degré de multifractalité relevé dans chaque individu convergeait durant l'entraînement vers un même attracteur reflétant la performance comportementale asymptotique. / The analysis of Human brain activity in magnetoencephalography (MEG) can be generally conducted in two ways: either by focusing on the average response evoked by a stimulus repeated over time, more commonly known as an ``event-related field'' (ERF), or by decomposing the signal into functionally relevant oscillatory or frequency bands (such as alpha, beta or gamma). However, the major part of brain activity is arrhythmic and these approaches fail in describing its complexity, particularly in resting-state. As an alternative, the analysis of the 1/f-type power spectrum observed in the very low frequencies, a hallmark of scale-free dynamics, can overcome these issues. Yet it remains unclear whether this scale-free property is functionally relevant and whether its fluctuations matter for behavior. To address this question, our first concern was to establish a visual learning paradigm that would entail functional plasticity during an MEG session. In order to optimize the training effects, we developed new audiovisual (AV) stimuli (an acoustic texture paired with a colored visual motion) that induced multisensory integration and indeed improved learning compared to visual training solely (V) or accompanied with acoustic noise (AVn). This led us to investigate the neural correlates of these three types of training using first a classical method such as the ERF analysis. After source reconstruction on each individual cortical surface using MNE-dSPM, the network involved in the task was identified at the group-level. The selective plasticity observed in the human motion area (hMT+) correlated across all individuals with the behavioral improvement and was supported by a larger network in AV comprising multisensory areas. On the basis of these findings, we further explored the links between the behavior and scale-free properties of these same source-reconstructed MEG signals. Although most studies restricted their analysis to the global measure of self-similarity (i.e. long-range fluctuations), we also considered local fluctuations (i.e. multifractality) by using the Wavelet Leader Based Multifractal Formalism (WLBMF). We found intertwined modulations of self-similarity and multifractality in the same cortical regions as those revealed by the ERF analysis. Most astonishing, the degree of multifractality observed in each individual converged during the training towards a single attractor that reflected the asymptotic behavioral performance in hMT+. Finally, these findings and their associated methodological issues are compared with the ones that came out from the ERF analysis.

Malgré le développement de nouvelles générations d’antipsychotiques, certains symptômes schizophréniques ne répondent pas à ces traitements. S’appuyant sur des hypothèses physiopathologiques sous tendant ces symptômes, de nouvelles thérapeutiques comme la thérapie de remédiation cognitive et les techniques de neurostimulation externe ont été développées. Cette approche était restée essentiellement clinique. Dans ce travail, l’étude en imagerie des mécanismes biologiques sous tendant les effets bénéfiques de ces thérapeutiques non pharmacologiques nous a permis de tester des hypothèses physiopathologiques. L’IRM fonctionnelle (IRMf) et la spectroscopie par résonance magnétique (SRM) ont été utilisées pour rechercher les effets d’une thérapie de remédiation cognitive (TRC), de la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) et de la stimulation électrique transcrânienne en courant continu (tDCS). Nous avons mis en évidence (1) que la TRC modifie les activations cérébrales durant une tâche de mémoire de travail chez des patients schizophrènes (2) que la TMS modifie la biochimie cérébrale de la zone stimulée et de régions cérébrales profondes chez un patient schizophrène, (3) que la tDCS modifie les réseaux de connectivité fonctionnelle d’une tâche de repos chez des volontaires sains / Despite the development of new generation antipsychotic drugs, some symptoms of schizophrenia do not respond to these treatments. Based on the pathophysiological hypothesis underlying these symptoms, new therapies such as cognitive remediation therapy and neurostimulation techniques have been developed. This approach remained essentially clinical. In this work, the study of biological mechanisms tending benefits of these non-pharmacological treatment has allowed us to test these pathophysiological hypotheses. Functional MRI (fMRI) and magnetic resonance spectroscopy (MRS) were used to investigate the effects of cognitive remediation therapy (CRT), transcranial magnetic stimulation (TMS) and transcranial direct current stimulation (tDCS). We demonstrated (1) that CRT modifies cerebral activations during a working memory task in patients with schizophrenia, (2) that TMS modifies brain biochemistry of the stimulated area and of deep brain regions in a patient with schizophrenia and (3) that tDCS modifies the functional connectivity in resting state networks of healthy volunteers

本研究的主要目的在於運用靜息態功能性磁振造影技術來探討高社會焦慮的自我參照處理腦區的功能聯結。根據Clark和Wells(1995)的模型，高社會焦慮者的負向自我心象只透過自我相關的在線索來建構；然而根據Rapee和Heimberg(1997)的模型則假設高社會焦慮者還會納入他人外在訊息，做自我與他人參照訊息的處理。本研究企圖透過神經影像的發現來檢測上述兩個模型。 本研究篩選出四十名大學生分為高社會焦慮組與低社會焦慮組，所有受試者都會進行靜息態功能性磁振造影的掃描，並使用MPFC、PCC、ACC、VMPFC、DMPFC作為種子進行全腦的功能聯結分析並獲得功能聯結圖譜做比較。 研究結果發現高社會焦慮者的MPFC、PCC、ACC都有增加的功能聯結，顯示他們比一般人更容易做自我參照處理，而VMPFC、DMPFC同時有增加的功能聯結，代表高社會焦慮者的自我參照處理除了自我內在的相關訊息外，還會包含他人外在相關訊息的處理，研究結果較支持Rapee和Heimberg(1997)的說法。最後並提出本論文研究限制，與對社會焦慮症的臨床理論與實務上之建議。 / The purpose of the present study was to utilize the resting-state functional magnetic resonance imaging(RS-fMRI) technique to investigate the brain regions in functional connectivity of self-referential processing in socially anxious individuals. According to Clark and Wells’ (1995) view, socially anxious individuals were hypothesized to construct their negative self-image with self-related internal information. However, according to Repee and Heimberg’ s (1997) model, they supposed that socially anxious individuals also brought other-related external information to make other-related external information self-referential and other-referential be processed. The present study was designed to use finding of neuroimaging to examine the two models Forty undergraduate students were assigned to either high or low social-anxiety group. All subjects were asked to be scanned with RS-fMRI. MPFC, PCC, ACC, VMPFC, DMPFC were used as seeds to proceed the whole-brain functional connectivity analysis and acquired functional connectivity maps for comparison. The results revealed that functional connectivity of MPFC, PCC, ACC of high social anxiety group increased, it displayed that they were more easily to do self-referential processing. Besides, functional connectivity of VMPFC and DMPFC also increased simultaneously, which means that the self-referential processing of high social anxiety group not only included self-related internal information but also included other-related external information. The result supported Repee and Heimberg’ s model. The limitations of this study and the suggestions for the theories and clinical treatment of social anxiety disorder were advanced in the end.

La mentalisation, ou la capacité d’élaborer des hypothèses sur les états mentaux d’autrui, a fait l’objet de nombreuses études durant les 20 dernières années dans le champ des neurosciences sociales. Toutefois, les bases neurales de cette fonction particulièrement complexe restent mal comprises, notamment en termes de connectivité structurale. Récemment, une organisation anatomo-fonctionnelle en double voie a été proposée. Selon ce modèle, les aspects réflexifs, inférentiels, de la mentalisation seraient sous-tendus par le faisceau cingulaire. Les aspects préréflexifs, identificatoires, seraient médiés, quant à eux, par le complexe faisceau arqué/partie latérale du faisceau longitudinal supérieur (FLS). L’objectif général de ce travail est d’apporter des données originales sur l’organisation anatomo-fonctionnelle du réseau neural impliqué dans la mentalisation basée sur les visages. Pour ce faire, nous avons utilisé comme modèle physiopathologique d’étude le gliome diffus de bas grade. Cette tumeur cérébrale primitive s’avère particulièrement intéressante pour l’étude du rôle de la substance blanche dans la cognition et ce pour deux raisons : (i) les cellules tumorales se propagent préférentiellement le long des fibres blanches ; (ii) l’exérèse chirurgicale est souvent réalisée en condition éveillée avec cartographie fonctionnelle peropératoire pour permettre d’identifier, et ainsi de préserver, les structures fonctionnelles, notamment de substance blanche.Dans une première étude, grâce aux stimulations électriques peropératoires, nous avons pu identifier un vaste réseau cortico-sous-cortical impliqué dans la mentalisation. L’analyse des déconnexions induites par les stimulations de la substance blanche nous a permis de mettre clairement en évidence, et ce pour la première fois, le rôle du faisceau occipito-frontal inférieur (FOFI) tout en confirmant celui du FLS. Dans une deuxième étude, en utilisant des techniques de cartographie lésionnelle chez des patients ayant été opérés, nous avons démontré que les troubles permanents, non compensables, de la mentalisation étaient expliqués par l’atteinte du faisceau arqué. Enfin, dans une dernière étude, en combinant l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle de repos (IRMfr) et les sites corticaux démasqués pendant la chirurgie, nous avons pu générer de véritables cartographies fonctionnelles du réseau cortical de la mentalisation, très similaires à celles observées en imagerie fonctionnelle classique.De façon générale, nos découvertes suggèrent que la mentalisation basée sur les visages reposerait sur l’intégrité d’au moins deux faisceaux associatifs de substance blanche. Elles permettent également de valider l’utilisation combinée de l’IRMfr et des stimulations corticales en tant qu’approche originale pour cartographier les réseaux neurocognitifs.En plus de ces considérations fondamentales, nos résultats ont des implications cliniques, notamment pour la cartographie fonctionnelle peropératoire. Ils permettent en outre de mieux comprendre les pathologies cérébrales caractérisées par un trouble de la mentalisation et une atteinte des voies de substance blanche. / Mentalizing, or the ability of human beings to make assumptions about other people’s mental states, has been the subject of many studies over the last 20 years. The neural bases and especially the white matter connectivity of this complex cognitive function is still poorly understood. Recently, an anatomo-functional organization into two neural pathways has been proposed. According to this model, it is assumed that the reflective, inferential aspects of mentalizing is underpinned by the cingulum. The reflexive, identificatory aspects of mentalizing are thought to be mediated, for their part, by the arcuate fascicle and the lateral part of the superior longitudinal fascicle. The main purpose of this scientific work is to provide original data on the anatomo-functional organization of the neural network involved in the face-based mentalizing. We used as a pathophysiological study model diffuse low-grade gliomas. These primary brain tumors are particularly interesting for the study of the functional role of the white matter for two reasons: (i) the tumor cells propagate preferentially along the white matter fibers; (ii) the surgical resection is often performed in awake condition with intraoperative functional mapping to identify, and thus to preserve functional structures, including the white matter.In our first study, using intraoperative electrical stimulation, we were able to identify a large cortico-subcortical mentalizing network. The analysis of the disconnections induced by the stimulation of the white matter allowed us to clearly highlight, for the first time, the role of the inferior fronto-occipital fascicle. We also confirmed the already established role of the superior longitudinal fascicle in mentalizing. In a second study, using lesion mapping analyses in patients operated on for a diffuse low-grade glioma, we demonstrated that the long-term, non-compensatory mentalizing deficit was explained by the involvement of the arcuate fascicle. Finally, in a third study combining resting-state functional MRI and the cortical sites unmasked during surgery, we were able to identify a large cortical mentalizing networks, which were very similar to those identified by classical task-based functional imaging.In general, our findings suggest that the face-based mentalizing would require the integrity of at least two associative white matter fascicles. They also validate the combined use of resting-state functional MRI and direct cortical stimulations as an original approach to map neurocognitive networks.In addition to these fundamental considerations, our results have also clinical implications, especially regarding the intraoperative functional mapping. They also provide a better understanding of brain pathologies characterized by both mentalizing deficit and white matter impairment.