L'effet du vieillissement sur les fonctions cognitives de haut niveau demeure encore relativement incompris. Cette recherche vise à mieux comprendre les différences interindividuelles de performances entre les individus jeunes et âgés par l'étude des processus de contrôle attentionnel mis en jeu dans les tâches de commutation attentionnelle. Dans un premier temps, deux tâches d'alternance de type séries alternées ont été administrées à des adultes jeunes et âgés. Les résultats n'indiquent pas d'effet de l'âge sur les coûts d'alternance mesurés mais en revanche un coût d'alternance asymétrique (étude 1) et des coûts d'alternance locaux et globaux différents selon les individus (étude 1 et 2). Dans un second temps, un travail de modélisation du fonctionnement cognitif à l'aide de l'architecture cognitive ACT-R a été réalisé. Il permet de tester la plausibilité des hypothèses de diminution de la vitesse de traitement (VT) et de diminution de la capacité de la mémoire de travail (CMT), à pouvoir reproduire les différences de performances entre jeunes et âgés. Les résultats des tests d'hypothèse pour les deux études réalisées indiquent que ces hypothèses ne reproduisent pas assez les effets empiriquement observés ce qui suppose que les hypothèses de diminution de la VT ou de la CMT sont insuffisantes pour expliquer les différences de performances individuelles observées. Cette étude met en évidence l'intérêt de la modélisation cognitive computationnelle dans la compréhension des processus sous-jacent le fonctionnement cognitif humain.

Depuis plusieurs années, la réalité virtuelle est largement utilisée en neuropsychologie, notamment dans le domaine de l'étude de la cognition spatiale. Son utilisation grandissante a pour but de répondre à la fois au manque de validité écologique des tests classiques et au manque de contrôle des évaluations en conditions réelles. Les études dans le domaine de la cognition spatiale ont permis de montrer la complexité de l'apprentissage et de la navigation dans les grands espaces et suggèrent également une origine cognitive multifactorielle des difficultés de navigation chez les personnes âgées. Le but de cette thèse sera tout d'abord de vérifier la validité écologique de notre application utilisant la réalité virtuelle par une comparaison directe des performances d'apprentissage et de navigation, entre apprentissages réels et virtuels chez des adultes jeunes et âgés. Il s'agira ensuite de confirmer les hypothèses sur l'origine à la fois mnésique et exécutive des difficultés de navigation liées au vieillissement. Enfin, le rôle du contrôle sensorimoteur dans l'apprentissage de grands espaces, peu étudiée pour le moment dans le cas du vieillissement sera abordé. A l'aide d'une application en réalité virtuelle, nécessitant de mémoriser un parcours dans un quartier virtuel, réplique d'un quartier de Bordeaux, nous avons étudiés les effets du vieillissement en termes de mémoire spatiale et de performance de navigation. Nous avons comparé directement les apprentissages en conditions réelles et virtuelles, en conditions actives (joystick) et passives, et nous avons mis en relation ces indicateurs avec des mesures neurocognitives et des questionnaires d'estimation des difficultés quotidiennes. Nos principaux résultats ont permis de montrer un effet négatif de l'âge sur les performances dans notre application avec des patterns équivalents entre apprentissages réels et virtuels chez les jeunes et les âgés. Nous avons obtenu une bonne relation entre les mesures obtenues grâce à notre application virtuelle et les difficultés rapportées par les jeunes mais pas de différences entre jeunes et âgés concernant les difficultés de navigation au quotidien. Ces résultats confirment la bonne validité écologique de notre application virtuelle chez les personnes âgées et favorisent ainsi l'utilisation de mesures directes de mémoire spatiale et de navigation plutôt que des questionnaires chez les personnes âgées. Ils ont également permis de montrer de manière directe le rôle des déclins mnésiques et exécutifs dans leurs difficultés de navigation. Contrairement à ce qui avait été obtenu chez les jeunes, le contrôle moteur a eu un effet négatif sur les performances de navigation chez les personnes âgées. Nous discuterons alors les hypothèses neurocognitives concernant l'origine des difficultés de navigation chez les personnes âgées, ainsi que le rôle de la dimension actif (joystick) vs. passif dans les performances de navigation des jeunes et des âgés.

L’effet du vieillissement sur les fonctions cognitives de haut niveau demeure encore relativement incompris. Cette recherche vise à mieux comprendre les différences interindividuelles de performances entre les individus jeunes et âgés par l’étude des processus de contrôle attentionnel mis en jeu dans les tâches de commutation attentionnelle. Dans unpremier temps, deux tâches d’alternance de type séries alternées ont été administrées à des adultes jeunes et âgés. Les résultats n’indiquent pas d’effet de l’âge sur les coûts d’alternance mesurés mais en revanche un coût d’alternance symétrique (étude 1) et des coûts d’alternance locaux et globaux différents selon les individus (étude 1 et 2). Dans un second temps, un travail de modélisation du fonctionnement cognitif à l’aide de l’architecture cognitive ACT-R a été réalisé. Il permet de tester la plausibilité des hypothèses de diminution de la vitesse de traitement (VT) et de diminution de la capacité de la mémoire de travail (CMT), à pouvoir reproduire les différences de performances entre jeunes et âgés. Lesrésultats des tests d’hypothèse pour les deux études réalisées indiquent que ces hypothèses ne reproduisent pas assez les effets empiriquement observés ce qui suppose que les hypothèses de diminution de la VT ou de la CMT sont insuffisantes pour expliquer les différences de performances individuelles observées. Cette étude met en évidence l’intérêt de la modélisation cognitive computationnelle dans la compréhension des processus sous-jacent le fonctionnement cognitif humain / The effect of aging on high level cognitive functions is still relatively misunderstood. The aim of this research is to better understand individual performance differences between young and elderly individuals, by studying the attentional control processes involved in task switching. Initially, two switching tasks were administered to young and elderly adults. The results indicate no age effect on the switching cost but show an asymmetric switching cost (Study 1) and differentlocal and global switching costs between individuals (study 1 and 2). In a second step, a computational cognitive modeling of cognitive functioning is built using the ACT-R architecture. It enables to test the veracity of the assumptions of reduced processing speed (VT) and reduced capacity of working memory (WCL), to reproduce the observed performance differences between young and old individuals. The results of the hypothesis tests for both studies indicate that these assumptions do not reproduce adequately the empirically observed effects, which implies that the assumptions of decreased VT or CMT are insufficient to explain the individual performance differences observed. This study highlights the interest of computational cognitive modeling in the understanding of the processes underlying human cognitive functioning

La perception pour un individu que son fonctionnement est déterminé par ses propres actions et comportements serait l’un des facteurs clés d’un vieillissement cognitif réussi. Cette perception de contrôle conduirait à fournir des efforts soutenus pour rester performant sur le plan cognitif en dépit de l'avancée en âge, ce qui contribuerait au maintien de bonnes habiletés cognitives au fil du temps. Aujourd’hui, de nombreux travaux mettent en évidence que les personnes avec un fort sentiment de contrôle obtiennent de meilleures performances dans les tâches de mémoire épisodique que les autres. Néanmoins, l’hypothèse d’une préservation différentielle des capacités de mémoire épisodique en fonction du niveau de contrôle perçu manque encore de soutien empirique. A travers trois études expérimentales et la validation d’une nouvelle échelle de contrôle perçu spécifique à la mémoire, la présente thèse visait à déterminer si le contrôle perçu pouvait jouer un rôle positif dans l’évolution de la mémoire épisodique au fil de l’âge adulte puis à identifier les mécanismes explicatifs de la relation entre le contrôle perçu et la mémoire épisodique à différents âges de la vie adulte. Dans l’ensemble, nos études ne permettent pas de valider l’hypothèse selon laquelle un contrôle perçu plus élevé atténuerait les différences liées à l’âge en mémoire épisodique. En revanche, nos résultats suggèrent que les personnes, et en particulier les plus âgées, qui perçoivent leur mémoire comme contrôlable obtiennent de meilleures performances de mémoire épisodique que les autres grâce à une plus grande utilisation et à une exécution plus efficace de stratégies cognitives coûteuses en termes de ressources au cours de la tâche. / Perceiving one’s own functioning as determined by one’s own actions and behaviors would be one of the key factors of successful cognitive aging. Perceived control would lead to sustained efforts to maintain a high level of cognitive performance despite advancing age, which would predict a positive evolution of cognitive abilities over time. Currently, many studies show that people with higher levels of sense of control have better memory performance than people who believe that events are beyond their control. Nevertheless, there is still a lack of empirical support concerning the hypothesis of a differential preservation of memory abilities as a function of levels of perceived control. Through three experimental studies and the validation of a new scale evaluating memory control beliefs, this thesis aimed to determine whether perceived control could make a positive contribution to memory aging and to identify the mechanisms that may explain the relationship between perceived control and episodic memory at different ages. Overall, our studies do not support the hypothesis that higher perceived control would moderate age-related differences in episodic memory. However, our work suggests that individuals, especially the older ones, who perceive their memory as controllable obtain better performance during memory tasks than those who perceive their memory as uncontrollable through greater and more efficient use of resource-demanding cognitive strategies.

Les déficits cognitifs associés au vieillissement représentent un enjeu de société important. Se situant sur un continuum allant du vieillissement normal à la démence, ils se présentent sous différentes formes, dont le trouble cognitif léger et le trouble cognitif sans démence. Ces troubles représentent souvent une étape transitoire entre le vieillissement normal et pathologique, et en ce sens, sont reconnus comme pouvant être des phases préclinique ou prodromique de la démence. Par ailleurs, ces syndromes sont souvent accompagnés de symptômes psychologiques tels que les perturbations du sommeil. Ce problème se révèle être particulièrement important à considérer, d’une part puisque les perturbations du sommeil peuvent être des manifestations précoces d’un déclin cognitif ou d’une démence, et d’autre part puisqu’elles peuvent avoir un effet délétère sur la cognition. Depuis les dernières années, plusieurs chercheurs se sont penchés sur la relation prédictive entre les perturbations du sommeil et le déclin cognitif chez les personnes âgées. Toutefois, les études procurent des résultats mitigés, faisant en sorte qu’aucun consensus n’est aujourd’hui établi quant à cette relation. L’objectif principal de ce mémoire doctoral est donc d’examiner systématiquement la littérature afin d’évaluer si les perturbations subjectives et objectives du sommeil peuvent prédire le déclin cognitif chez les personnes âgées de 50 ans et plus présentant ou non, au départ, un déclin cognitif associé au vieillissement. Les perturbations du sommeil ciblées se rapportent : a) à la durée du sommeil; b) à la qualité du sommeil; c) à l’architecture du sommeil; d) aux rythmes circadiens ; e) à l’insomnie ; et f) aux apnées du sommeil. Les bases de données scientifiques Medline, PsycInfo, Embase, Cochrane Library, Proquest Dissertations & Theses et Bielefeld Academic Search Engine ont été consultées, pour une période allant jusqu’en juin 2017. La revue systématique présente une méthodologie de recherche rigoureuse, considérant que 1) elle est réalisée selon la méthodologie du groupe Cochrane; 2) seules les études longitudinales avec des résultats permettant d’évaluer le risque prédictif des perturbations du sommeil concernant un futur déclin cognitif – odds ratio (OR), hazard ratio (HR) ou relative risk (RR) – ont été sélectionnées ; et que 3) seuls les résultats provenant des modèles statistiques ajustés pour le plus grand nombre de covariables ont été retenus. Les résultats de la revue systématique indiquent que les durées subjectives extrêmes du sommeil (courte et longue durée), qu’une faible efficacité du sommeil, que les apnées du sommeil, qu’une modification de l’architecture du sommeil et qu’une altération des rythmes circadiens sont associés à une augmentation du risque de déclin cognitif chez les personnes âgées. Bien que ces résultats ne permettent pas de parler de causalité, mais plutôt d’association, les hypothèses explicatives concernant les liens entre les perturbations du sommeil et le déclin cognitif pointent vers une relation causale bidirectionnelle entre ces deux variables. La reconnaissance des perturbations du sommeil comme marqueur précoce du déclin cognitif pourrait permettre une identification hâtive et peu couteuse des individus à risque d’évoluer vers un trouble cognitif ou une démence. De même, le traitement des perturbations du sommeil apparaît nécessaire dans la prévention du déclin cognitif et dans sa prise en charge une fois le déclin amorcé. Cela revêt une grande importance, sachant qu'une intervention clinique précoce ralentirait la progression du déclin intellectuel et fonctionnel des individus présentant un déficit cognitif.

La plasticité cérébrale donne l’opportunité à chaque individu de maximiser son fonctionnement cognitif via l’adoption de comportements enrichis (i.e., théorie de l’enrichissement cognitif). Suivant cette perspective, nous avons articulé dans le cadre de ce travail doctoral des hypothèses inhérentes au rôle modérateur du style de vie sur le déclin cognitif tout au long de la vie adulte, et avons observé le rôle du sexe dans cette relation. La contribution scientifique de ce travail se manifeste au travers de la création et la validation d’un outil de mesure du style de vie (étude 2), et de deux études observationnelles portant (i) sur l’activité physique (étude 1) et (ii) sur le style de vie global (étude 3). Les résultats de cette thèse mettent en évidence l’existence de différents patterns influant sur le vieillissement cognitif, ainsi qu’un important rôle modérateur du sexe dans la relation entre style de vie et déclin cognitif lié à l’âge. Plus précisément, les résultats montrent que le style de vie global, ainsi que les dimensions incluant les relations sociales, les activités physiques pratiquées à long terme et les autres activités de loisirs, sont efficaces pour freiner le vieillissement cognitif chez les femmes uniquement. Si les sollicitations cognitives ne permettent pas, quant à elles, de ralentir la courbe du déclin cognitif, elles influencent de manière positive les performances cognitives tant chez les femmes que chez les hommes. Ce travail doctoral atteste que le style de vie peut représenter un moyen efficace pour lutter contre les effets délétères liés à l’avancée en âge, et permettre non seulement d’ajouter des années à la vie, mais aussi de la vie aux années. / Cerebral plasticity provides an opportunity for each individual to maximize his/her cognitive performance through the adoption of enriched behaviors (i.e., Cognitive Enrichment Theory). From this perspective, we had articulated work hypotheses inherent to the moderating role of lifestyle on the age-related cognitive decline throughout adult lifespan, and we observed the role of sex in this relationship. The scientific contribution of this work occurred through the creation and validation of a lifestyle questionnaire (study 2) and two observational studies about (i) physical activity (study 1) and (ii) the general lifestyle (study 3). Results of this thesis showed the existence of different models influencing cognitive aging, as well as an important moderating role of sex in the relationship between lifestyle and age-related cognitive decline. More specifically, results highlighted that general lifestyle, as well as dimensions including social relationships, long-term physical activities and other leisure activities, were effective for cognitive aging in women only. While cognitive solicitations did not show to slow down the cognitive decline, they had a positive influence on cognitive performances in both women and men. This PhD demonstrated that lifestyle can be an effective way to combat the deleterious effects of aging and could not only add years to life, but also add life to years.

Dans les dernières décennies, deux conceptualisations distinctes de la maladie d'Alzheimer (MA) se sont développées en parallèle, l'une étant axée sur son syndrome clinique et l'autre sur son processus pathophysiologique. Avec l'avènement des techniques d'imagerie cérébrale, le peptide ß-amyloïde a émergé comme biomarqueur principal de la MA. Son accumulation précoce dans le cerveau, qui précèderait de plusieurs années le déclin cognitif associé à la maladie, en a fait une cible centrale dans l'étude de la MA. L'hypothèse de la cascade amyloïde, selon laquelle l'accumulation anormale de ß-amyloïde dans le cerveau n'est non pas uniquement un marqueur mais bien la cause de la MA, s'est éventuellement établie comme l'hypothèse dominante du processus pathophysiologique de la maladie. Selon cette hypothèse, l'accumulation de ß-amyloïde serait étroitement liée à la progression clinique de la MA, et ses effets sur le déclin cognitif devraient se manifester avant même l'apparition des symptômes cliniques de la maladie. Pourtant, plusieurs résultats de recherche tendent à démontrer que cette relation n'est pas si claire. Dans une perspective de détection précoce et de prévention, il est crucial d'appréhender l'apparition et le développement de la MA en examinant la relation entre sa pathophysiologie putative et son syndrome clinique. Le présent mémoire doctoral s'intéresse à la relation entre l'accumulation de ß-amyloïde et le déclin cognitif à un stade précoce de la maladie, soit chez des individus âgés cognitivement sains, et à l'évolution de cette relation sur plusieurs années. L'objectif du mémoire est d'investiguer cette relation par une revue systématique de la littérature scientifique. À la lueur des résultats issus de cette revue, le mémoire réitère les enjeux reliés au diagnostic clinique et à la pathophysiologie de la MA et remet en question les orientations théoriques et les pratiques méthodologiques dans le domaine de la recherche sur la MA.Dans les dernières décennies, deux conceptualisations distinctes de la maladie d’Alzheimer (MA) se sont développées en parallèle, l’une étant axée sur son syndrome clinique et l’autre sur son processus pathophysiologique. Avec l’avènement des techniques d’imagerie cérébrale, le peptide ß-amyloïde a émergé comme biomarqueur principal de la MA. Son accumulation précoce dans le cerveau, qui précèderait de plusieurs années le déclin cognitif associé à la maladie, en a fait une cible centrale dans l’étude de la MA. L’hypothèse de la cascade amyloïde, selon laquelle l’accumulation anormale de ß-amyloïde dans le cerveau n’est non pas uniquement un marqueur mais bien la cause de la MA, s’est éventuellement établie comme l’hypothèse dominante du processus pathophysiologique de la maladie. Selon cette hypothèse, l’accumulation de ß-amyloïde serait étroitement liée à la progression clinique de la MA, et ses effets sur le déclin cognitif devraient se manifester avant même l’apparition des symptômes cliniques de la maladie. Pourtant, plusieurs résultats de recherche tendent à démontrer que cette relation n’est pas si claire. Dans une perspective de détection précoce et de prévention, il est crucial d’appréhender l’apparition et le développement de la MA en examinant la relation entre sa pathophysiologie putative et son syndrome clinique. Le présent mémoire doctoral s’intéresse à la relation entre l’accumulation de ß-amyloïde et le déclin cognitif à un stade précoce de la maladie, soit chez des individus âgés cognitivement sains, et à l’évolution de cette relation sur plusieurs années. L’objectif du mémoire est d’investiguer cette relation par une revue systématique de la littérature scientifique. À la lueur des résultats issus de cette revue, le mémoire réitère les enjeux reliés au diagnostic clinique et à la pathophysiologie de la MA et remet en question les orientations théoriques et les pratiques méthodologiques dans le domaine de la recherche sur la MA.

Les microangiopathies cérébrales regroupent une large variété de maladies de petits vaisseaux dont l'étiologie diffère, mais dont l'une des principales caractéristiques est la neurodégénérescence et le déclin cognitif accompagnés par une activation de la réponse inflammatoire. Les microangiopathies cérébrales sont à l'origine des microlésions qui participeraient à la démence vasculaire (DVa) et dont la prévalence augmente dans la maladie d'Alzheimer (MA). Les démences affectent particulièrement les femmes et malheureusement, il n'existe aucun traitement curatif. L'inflammation associée aux microangiopathies cérébrales engage l'activation des microglies et le recrutement de monocytes. Ces derniers se divisent en deux sous-types, les monocytes classiques qui sont activement retrouvés au niveau des sites inflammés et contribuent à la réponse inflammatoire et les monocytes non-classiques impliqués dans le maintien de l'homéostasie vasculaire. Le rôle des monocytes non-classiques dans la pathogenèse des microangiopathies cérébrales reste cependant inconnu. Ainsi, nous postulons que les microangiopathies cérébrales modulent la cascade neurodégénérative en régulant l'inflammation et les fonctions neurovasculaires dépendamment du sexe biologique. Nous avons développé trois objectifs majeurs, à savoir l'impact des microinfarctus associés aux microangiopathies cérébrales sur l'amyloïdopathie de la MA ainsi que le rôle des monocytes non-classiques dans deux types de microangiopathies cérébrales soit les microangiopathies cérébrales sporadiques et l'angiopathie amyloïde cérébrale (AAC) associée à la MA. Bien que plusieurs études aient montré la présence de microlésions associées aux microangiopathies cérébrales dans la MA aucune ne permet de mettre en évidence une corrélation entre les deux pathologies ce qui fait donc l'objet de notre première étude. C'est pourquoi nous avons induit dans un premier temps des microinfarctus chez des souris transgéniques APP/PS1 mâles et femelles âgés de 5 mois, un âge qui représente le stade précoce de la pathologie amyloïde s'apparentant à la MA chez ces souris, et évalué l'impact sur l'amyloïdopathie, la cognition, le débit sanguin cérébral, l'inflammation et l'expression de Dickkopf-1 (DKK1) à l'aide de techniques variées. Nos résultats indiquent que l'amyloïdopathie de la MA et les microinfarctus associés aux microangiopathies cérébrales évoluent en parallèle. En effet, l'induction des microinfarctus chez les souris APP/PS1 ne développant que l'amyloïdopathie, via l'obstruction des artérioles cérébrales pénétrantes par des microemboles, réduit le dépôt d'amyloïde β (Aβ) chez les deux sexes étudiés. Ceci pourrait être le résultat de l'activation et du recrutement de cellules inflammatoires, microglies et monocytes non-classiques, retrouvées au niveau des plaques d'Aβ et des sites lésionnels associés aux microinfarctus. De plus, le blocage des artérioles perforantes impacte différemment le débit sanguin cérébral chez les deux sexes, dont sa régulation optimale est essentielle au bon fonctionnement cérébral. En effet, les mâles présentent une hypoperfusion en phase aiguë et une hyperperfusion en phase chronique après microlésions, ce qui montre une dérégulation à long terme du débit sanguin cérébral. Ceci pourrait participer aux déficits cognitifs rapides et prolongés observés. Au contraire, les femelles présentent une hypoperfusion en phase aiguë qui se normalise en phase chronique ce qui montre une dérégulation transitoire du débit sanguin cérébral et expliquerait en partie le recouvrement des capacités cognitives. D'autre part, l'expression de DKK1, une protéine jouant un rôle central dans la MA et les ischémies, est fortement induite au niveau des sites lésionnels dans le cerveau des souris mâles APP/PS1, tandis que son expression était réduite chez les femelles. Cette différence d'expression résulterait en un déclin cognitif rapide et prolongé chez les mâles et un déclin lent et transitoire chez les femelles, puisque DKK1 est une protéine inhibitrice de la voie canonique Wnt impliquée dans le maintien des fonctions cérébrales. Nos résultats suggèrent que les microinfarctus multifocaux aggravent le déclin cognitif associée à l'amyloïdopathie de la MA chez les jeunes mâles comparativement aux jeunes femelles qui sont protégées, probablement par les hormones sexuelles féminines indépendamment de la déposition de l'Aβ via la modulation du couplage neurovasculaire, de la réponse inflammatoire et de l'expression de DKK1 qui est physiologiquement réprimée par les œstrogènes. Le rôle des monocytes non-classiques retrouvés aux sites lésionnels après microangiopathies cérébrales reste méconnu et a fait l'objet des deux études suivantes. Nos investigations ont été menées sur des souris chimériques qui nous permettent de suivre les monocytes dérivés de la moelle osseuse grâce à l'expression d'un gène rapporteur, green fluorescent protein (GFP) et de manipuler leurs fonctions. Nos résultats indiquent que la dérégulation des fonctions des monocytes non-classiques exacerbe le dysfonctionnement neurovasculaire après microangiopathies cérébrales. Toutefois, leur stimulation en utilisant le muramyl dipeptide (MDP) qui est un agent immunomodulatoire synthétique, améliore les fonctions neuronales en préservant l'intégrité microvasculaire, permettant ainsi le recouvrement des capacités mnésiques. Ceci démontre que la stimulation des monocytes non-classiques pourrait être une avenue thérapeutique à explorer pour le traitement des microangiopathies cérébrales. Dans ce sens, la troisième étude dans cette thèse visait à étudier le rôle des monocytes non-classiques dans la modulation de l'AAC associée à la MA chez la souris APP/PS1. En effet, dans cette étude nous résultats montrent que la stimulation des monocytes non-classiques avec l'ARA290 qui est un analogue non-érythropoïétique durant les stades précoces de l'amyloïdopathie associée à la MA réduit l'AAC ainsi que le dépôt d'Aβ dans le parenchyme du cerveau des souris APP/PS1. Ceci a été accompagné par une amélioration des capacités cognitives des souris associée à une augmentation de la fréquence des monocytes non-classiques dans la circulation sanguine. En utilisant l'imagerie intravitale, nous avons démontré que les monocytes non-classiques sont impliqués dans l'élimination des microagrégats vasculaires d'Aβ. La déplétion spécifique des monocytes non-classiques en utilisant des souris chimériques a atténué les effets bénéfiques du ARA290. Ensemble, ces résultats nous communiquent de nouvelles informations quant au rôle des interactions immunovasculaires après microangiopathies cérébrales dans la pathobiologie et le traitement des démences. / Cerebral microangiopathies include a wide variety of diseases of the small vessels whose etiology differs, but one of their main characteristics is neurodegeneration and cognitive decline accompanied by an activation of the inflammatory response. Cerebral microangiopathies are at the origin of the microlesions that contribute to vascular dementia (VaD) and whose prevalence increases in Alzheimer's disease (AD). Dementia particularly affects women and unfortunately, there is no curative treatment. Inflammation associated with cerebral microangiopathies includes activation of microglia and recruitment of monocytes. The latter are divided into two subtypes, classical monocytes which are actively found at the inflamed sites, actively contributing to the inflammatory response, and non-classical monocytes involved in the maintenance of vascular homeostasis. The role of non-classical monocytes in the pathobiology and therapy of cerebral microangiopathies remains unknown. Thus, we postulate that cerebral microangiopathies modulate the neurodegenerative cascade by regulating inflammation and neurovascular functions depending upon the biological sex. We have developed three major objectives, namely the impact of microinfarctions associated with cerebral microangiopathies on amyloid-β (Aβ) pathology in AD as well as the role of non-classical monocytes in two types of cerebral microangiopathies, the sporadic cerebral microangiopathies and cerebral amyloid angiopathy (CAA) associated with AD. Although several studies have outlined the presence of microlesions associated with cerebral microangiopathies in AD, none allows assessing the correlation between the two pathologies, which is therefore the subject of our first study. For this purpose, we induced first microinfarcts in 5-month-old male and female APP/PS1 transgenic mice, an age representing the early stage of AD-like pathology in these mice, and evaluated the impact on Aβ pathology, cognition, cerebral blood flow (CBF), inflammation, and Dickkopf-1 (DKK1) expression using of various techniques. Our results indicate that Aβ pathology and microinfarcts associated with cerebral microangiopathies evolve in parallel. Indeed, the induction of microinfarcts in APP/PS1 mice developing only Aβ pathology, via the obstruction of penetrating cerebral arterioles by microemboli, attenuates Aβ deposition in both sexes studied. This could be the result of the activation and recruitment of inflammatory cells, microglia and non-classical monocytes, found at the level of Aβ plaques and lesion sites associated with microinfarctions. In addition, blockage of perforating arterioles impacts differently the CBF in the two sexes, whose optimal regulation is essential for cerebral functions. Indeed, males exhibit acute-phase hypoperfusion and chronic-phase hyperperfusion after microlesions, indicating long-term deregulation of the CBF. This could contribute to the rapid and prolonged cognitive deficits observed. In contrast, female mice exhibit hypoperfusion in the acute phase that normalizes in the chronic phase, outlining a transient deregulation of the CBF and would partly explain the recovery of cognitive abilities. On the other hand, the expression of DKK1, a protein playing a central role in AD and ischemic injury, is strongly induced at the lesion sites in the brain of male APP/ PS1, while its expression was reduced in females. This difference in expression would result in a prolonged cognitive decline in males and a slow and transient decline in females, as DKK1 is an inhibitor of the canonical Wnt pathway involved in maintaining cerebral functions. Our results suggest that multifocal microinfarcts worsen cognitive decline associated with amyloid Aβ pathology in AD in young males compared to young females who are protected, probably by female sex hormones independently of amyloid deposition via modulation of neurovascular coupling, inflammation, and expression of DKK1 that is physiologically repressed by estrogens. The role of non-classical monocytes found at the lesion sites after cerebral microangiopathy remains unknown and was the subject of the two following studies. Our investigations were carried out in chimeric mice which allow tracking monocytes derived from the bone marrow through the expression of a reporter gene, green fluorescent protein (GFP) and to manipulate their functions. Our results indicate that deregulation of the function of non-classical monocytes exacerbates neurovascular dysfunction following cerebral microangiopathies. However, their stimulation using muramyl dipeptide (MDP), which is a synthetic immunomodulatory agent, improves neuronal functions by preserving microvascular integrity, thus allowing the recovery of memory capacities. This demonstrates that stimulation of non-classical monocytes could be a therapeutic avenue to explore for the treatment of cerebral microangiopathies. In this direction, the third study in this thesis aims to investigate the role of non-classical monocytes in the modulation of CAA associated with AD in APP/PS1 mice. Indeed, in this study our results show that stimulation of non-classical monocytes using ARA290 that is a non-erythropoietic analogue during the early stages of Aβ pathology in AD, reduces CAA as well as Aβ deposition in the brain parenchyma of APP/PS1 mice. This was accompanied by an improved cognitive capacity of APP/PS1 mice associated with an increased frequency of non-classical monocytes in the blood circulation. Using intravital imaging, we demonstrated that non-classical monocytes are involved in the clearance of vascular Aβ microaggregates. Specific depletion of non-classical monocytes using chimeric mice attenuated the beneficial effects of ARA290. Together, these results allow us to provide new insights into the role of immune-vascular interactions after cerebral microangiopathies in the pathobiology and treatment of dementia.

L’objectif du présent mémoire doctoral était de préciser l’origine fonctionnelle de l’anomie observée dans le trouble cognitif léger (TCL) comparativement aux individus souffrant de la maladie d’Alzheimer (MA) et présentant un vieillissement cognitif normal (CTRL) par le biais de l’analyse quantitative et qualitative d’une tâche de dénomination orale de 260 mots communs. Cette étude inclut 20 individus présentant un TCL, 15 participants du groupe CTRL et 5 individus souffrant de la MA, lesquels ont été comparés quant aux pourcentages totaux et les types d’erreurs de dénomination commises. L’influence des paramètres psycholinguistiques des mots communs dénommés sur la probabilité de commettre une erreur a été calculée au même titre que le pourcentage de bonnes réponses lors de la dénomination après les indices sémantiques et phonologiques. Si l’anomie découle d’un profil de difficultés lexicales, elle sera associée à la prédominance de paraphasies sémantiques coordonnées et de circonlocutions précises, avec un effet significatif (> 50%) de l’indiçage phonologique sur la dénomination. Par ailleurs, si l’anomie découle de difficultés sémantiques, il y aura alors une prédominance de non-réponses, de paraphasies sémantiques coordonnées et superordonnées ainsi que des circonlocutions vagues, sans effet significatif de l’indiçage phonologique. Quantitativement, une différence significative est présente entre les trois groupes : les individus souffrant de la MA ayant commis un plus grand nombre d’erreurs de dénomination que les individus présentant un TCL et les participants du groupe CTRL. Qualitativement, l’absence de différence significative entre les groupes pointe vers un patron similaire d’erreurs de dénomination composé principalement de paraphasies sémantiques coordonnées. La probabilité de commettre une erreur de dénomination était plus grande pour les mots peu familiers. Dans l’ensemble, les individus présentant un TCL commettent peu d’erreurs de dénomination malgré que l’anomie fasse partie intégrante de leur plainte cognitive. De plus, deux profils de difficultés expliquent l’anomie dans le TCL, soit un profil dominé par des difficultés d’origine sémantique et l’autre dominé par des difficultés d’origine lexicale. Dans la MA, par contre, l’anomie semble d’origine principalement sémantique, soit une dégradation des traits sémantiques fins et distinctifs. / The objective of this doctoral dissertation was to clarify the functional origin of anomia observed in mild cognitive impairment (MCI) compared to individuals with Alzheimer's disease (AD) and individuals with healthy cognitive aging (HC) through the quantitative and qualitative analysis of an oral naming task of 260 common words’ images. This study included 20 individuals with MCI, 15 HC and 5 individuals with AD, which were compared on the total percentages of denomination errors committed and the types of denomination errors produced. The psycholinguistic parameters’ impact on error probability and the efficacy of semantic and phonological cueing were also calculated. In the case of a lexical origin of anomia, a predominance of coordinate semantic paraphasias and precise circumlocutions, as well as good efficacy of phonological cueing (> 50%), will be observed. If anomia is explained by semantic difficulties, a predominance of nonresponses, coordinate and superordinate semantic paraphasias, and vague circumlocutions, along with a poor efficacy of phonological cueing, should be observed. Quantitatively, there was a significant difference between the three groups regarding the mean of naming errors: individuals with AD committed more errors than individuals with MCI and HC. Qualitatively, the lack of significant difference between groups points to a similar pattern of naming errors, which was composed mainly of coordinated semantic paraphasia. Less familiar words were associated with greater error probability in all groups. Overall, individuals with MCI made few naming errors despite the fact that anomia is an important part of their cognitive complaint. In addition, two distinct profiles of difficulties were found to explain the anomia in MCI, a profile dominated by semantic difficulties and the other dominated by lexical difficulties. In AD, the origin of anomia seemed mainly semantic, more specifically a degradation of the fine and distinctive semantic traits.

Les microangiopathies cérébrales regroupent une large variété de maladies de petits vaisseaux dont l'étiologie diffère, mais dont l'une des principales caractéristiques est la neurodégénérescence et le déclin cognitif accompagnés par une activation de la réponse inflammatoire. Les microangiopathies cérébrales sont à l'origine des microlésions qui participeraient à la démence vasculaire (DVa) et dont la prévalence augmente dans la maladie d'Alzheimer (MA). Les démences affectent particulièrement les femmes et malheureusement, il n'existe aucun traitement curatif. L'inflammation associée aux microangiopathies cérébrales engage l'activation des microglies et le recrutement de monocytes. Ces derniers se divisent en deux sous-types, les monocytes classiques qui sont activement retrouvés au niveau des sites inflammés et contribuent à la réponse inflammatoire et les monocytes non-classiques impliqués dans le maintien de l'homéostasie vasculaire. Le rôle des monocytes non-classiques dans la pathogenèse des microangiopathies cérébrales reste cependant inconnu. Ainsi, nous postulons que les microangiopathies cérébrales modulent la cascade neurodégénérative en régulant l'inflammation et les fonctions neurovasculaires dépendamment du sexe biologique. Nous avons développé trois objectifs majeurs, à savoir l'impact des microinfarctus associés aux microangiopathies cérébrales sur l'amyloïdopathie de la MA ainsi que le rôle des monocytes non-classiques dans deux types de microangiopathies cérébrales soit les microangiopathies cérébrales sporadiques et l'angiopathie amyloïde cérébrale (AAC) associée à la MA. Bien que plusieurs études aient montré la présence de microlésions associées aux microangiopathies cérébrales dans la MA aucune ne permet de mettre en évidence une corrélation entre les deux pathologies ce qui fait donc l'objet de notre première étude. C'est pourquoi nous avons induit dans un premier temps des microinfarctus chez des souris transgéniques APP/PS1 mâles et femelles âgés de 5 mois, un âge qui représente le stade précoce de la pathologie amyloïde s'apparentant à la MA chez ces souris, et évalué l'impact sur l'amyloïdopathie, la cognition, le débit sanguin cérébral, l'inflammation et l'expression de Dickkopf-1 (DKK1) à l'aide de techniques variées. Nos résultats indiquent que l'amyloïdopathie de la MA et les microinfarctus associés aux microangiopathies cérébrales évoluent en parallèle. En effet, l'induction des microinfarctus chez les souris APP/PS1 ne développant que l'amyloïdopathie, via l'obstruction des artérioles cérébrales pénétrantes par des microemboles, réduit le dépôt d'amyloïde β (Aβ) chez les deux sexes étudiés. Ceci pourrait être le résultat de l'activation et du recrutement de cellules inflammatoires, microglies et monocytes non-classiques, retrouvées au niveau des plaques d'Aβ et des sites lésionnels associés aux microinfarctus. De plus, le blocage des artérioles perforantes impacte différemment le débit sanguin cérébral chez les deux sexes, dont sa régulation optimale est essentielle au bon fonctionnement cérébral. En effet, les mâles présentent une hypoperfusion en phase aiguë et une hyperperfusion en phase chronique après microlésions, ce qui montre une dérégulation à long terme du débit sanguin cérébral. Ceci pourrait participer aux déficits cognitifs rapides et prolongés observés. Au contraire, les femelles présentent une hypoperfusion en phase aiguë qui se normalise en phase chronique ce qui montre une dérégulation transitoire du débit sanguin cérébral et expliquerait en partie le recouvrement des capacités cognitives. D'autre part, l'expression de DKK1, une protéine jouant un rôle central dans la MA et les ischémies, est fortement induite au niveau des sites lésionnels dans le cerveau des souris mâles APP/PS1, tandis que son expression était réduite chez les femelles. Cette différence d'expression résulterait en un déclin cognitif rapide et prolongé chez les mâles et un déclin lent et transitoire chez les femelles, puisque DKK1 est une protéine inhibitrice de la voie canonique Wnt impliquée dans le maintien des fonctions cérébrales. Nos résultats suggèrent que les microinfarctus multifocaux aggravent le déclin cognitif associée à l'amyloïdopathie de la MA chez les jeunes mâles comparativement aux jeunes femelles qui sont protégées, probablement par les hormones sexuelles féminines indépendamment de la déposition de l'Aβ via la modulation du couplage neurovasculaire, de la réponse inflammatoire et de l'expression de DKK1 qui est physiologiquement réprimée par les œstrogènes. Le rôle des monocytes non-classiques retrouvés aux sites lésionnels après microangiopathies cérébrales reste méconnu et a fait l'objet des deux études suivantes. Nos investigations ont été menées sur des souris chimériques qui nous permettent de suivre les monocytes dérivés de la moelle osseuse grâce à l'expression d'un gène rapporteur, green fluorescent protein (GFP) et de manipuler leurs fonctions. Nos résultats indiquent que la dérégulation des fonctions des monocytes non-classiques exacerbe le dysfonctionnement neurovasculaire après microangiopathies cérébrales. Toutefois, leur stimulation en utilisant le muramyl dipeptide (MDP) qui est un agent immunomodulatoire synthétique, améliore les fonctions neuronales en préservant l'intégrité microvasculaire, permettant ainsi le recouvrement des capacités mnésiques. Ceci démontre que la stimulation des monocytes non-classiques pourrait être une avenue thérapeutique à explorer pour le traitement des microangiopathies cérébrales. Dans ce sens, la troisième étude dans cette thèse visait à étudier le rôle des monocytes non-classiques dans la modulation de l'AAC associée à la MA chez la souris APP/PS1. En effet, dans cette étude nous résultats montrent que la stimulation des monocytes non-classiques avec l'ARA290 qui est un analogue non-érythropoïétique durant les stades précoces de l'amyloïdopathie associée à la MA réduit l'AAC ainsi que le dépôt d'Aβ dans le parenchyme du cerveau des souris APP/PS1. Ceci a été accompagné par une amélioration des capacités cognitives des souris associée à une augmentation de la fréquence des monocytes non-classiques dans la circulation sanguine. En utilisant l'imagerie intravitale, nous avons démontré que les monocytes non-classiques sont impliqués dans l'élimination des microagrégats vasculaires d'Aβ. La déplétion spécifique des monocytes non-classiques en utilisant des souris chimériques a atténué les effets bénéfiques du ARA290. Ensemble, ces résultats nous communiquent de nouvelles informations quant au rôle des interactions immunovasculaires après microangiopathies cérébrales dans la pathobiologie et le traitement des démences. / Cerebral microangiopathies include a wide variety of diseases of the small vessels whose etiology differs, but one of their main characteristics is neurodegeneration and cognitive decline accompanied by an activation of the inflammatory response. Cerebral microangiopathies are at the origin of the microlesions that contribute to vascular dementia (VaD) and whose prevalence increases in Alzheimer's disease (AD). Dementia particularly affects women and unfortunately, there is no curative treatment. Inflammation associated with cerebral microangiopathies includes activation of microglia and recruitment of monocytes. The latter are divided into two subtypes, classical monocytes which are actively found at the inflamed sites, actively contributing to the inflammatory response, and non-classical monocytes involved in the maintenance of vascular homeostasis. The role of non-classical monocytes in the pathobiology and therapy of cerebral microangiopathies remains unknown. Thus, we postulate that cerebral microangiopathies modulate the neurodegenerative cascade by regulating inflammation and neurovascular functions depending upon the biological sex. We have developed three major objectives, namely the impact of microinfarctions associated with cerebral microangiopathies on amyloid-β (Aβ) pathology in AD as well as the role of non-classical monocytes in two types of cerebral microangiopathies, the sporadic cerebral microangiopathies and cerebral amyloid angiopathy (CAA) associated with AD. Although several studies have outlined the presence of microlesions associated with cerebral microangiopathies in AD, none allows assessing the correlation between the two pathologies, which is therefore the subject of our first study. For this purpose, we induced first microinfarcts in 5-month-old male and female APP/PS1 transgenic mice, an age representing the early stage of AD-like pathology in these mice, and evaluated the impact on Aβ pathology, cognition, cerebral blood flow (CBF), inflammation, and Dickkopf-1 (DKK1) expression using of various techniques. Our results indicate that Aβ pathology and microinfarcts associated with cerebral microangiopathies evolve in parallel. Indeed, the induction of microinfarcts in APP/PS1 mice developing only Aβ pathology, via the obstruction of penetrating cerebral arterioles by microemboli, attenuates Aβ deposition in both sexes studied. This could be the result of the activation and recruitment of inflammatory cells, microglia and non-classical monocytes, found at the level of Aβ plaques and lesion sites associated with microinfarctions. In addition, blockage of perforating arterioles impacts differently the CBF in the two sexes, whose optimal regulation is essential for cerebral functions. Indeed, males exhibit acute-phase hypoperfusion and chronic-phase hyperperfusion after microlesions, indicating long-term deregulation of the CBF. This could contribute to the rapid and prolonged cognitive deficits observed. In contrast, female mice exhibit hypoperfusion in the acute phase that normalizes in the chronic phase, outlining a transient deregulation of the CBF and would partly explain the recovery of cognitive abilities. On the other hand, the expression of DKK1, a protein playing a central role in AD and ischemic injury, is strongly induced at the lesion sites in the brain of male APP/ PS1, while its expression was reduced in females. This difference in expression would result in a prolonged cognitive decline in males and a slow and transient decline in females, as DKK1 is an inhibitor of the canonical Wnt pathway involved in maintaining cerebral functions. Our results suggest that multifocal microinfarcts worsen cognitive decline associated with amyloid Aβ pathology in AD in young males compared to young females who are protected, probably by female sex hormones independently of amyloid deposition via modulation of neurovascular coupling, inflammation, and expression of DKK1 that is physiologically repressed by estrogens. The role of non-classical monocytes found at the lesion sites after cerebral microangiopathy remains unknown and was the subject of the two following studies. Our investigations were carried out in chimeric mice which allow tracking monocytes derived from the bone marrow through the expression of a reporter gene, green fluorescent protein (GFP) and to manipulate their functions. Our results indicate that deregulation of the function of non-classical monocytes exacerbates neurovascular dysfunction following cerebral microangiopathies. However, their stimulation using muramyl dipeptide (MDP), which is a synthetic immunomodulatory agent, improves neuronal functions by preserving microvascular integrity, thus allowing the recovery of memory capacities. This demonstrates that stimulation of non-classical monocytes could be a therapeutic avenue to explore for the treatment of cerebral microangiopathies. In this direction, the third study in this thesis aims to investigate the role of non-classical monocytes in the modulation of CAA associated with AD in APP/PS1 mice. Indeed, in this study our results show that stimulation of non-classical monocytes using ARA290 that is a non-erythropoietic analogue during the early stages of Aβ pathology in AD, reduces CAA as well as Aβ deposition in the brain parenchyma of APP/PS1 mice. This was accompanied by an improved cognitive capacity of APP/PS1 mice associated with an increased frequency of non-classical monocytes in the blood circulation. Using intravital imaging, we demonstrated that non-classical monocytes are involved in the clearance of vascular Aβ microaggregates. Specific depletion of non-classical monocytes using chimeric mice attenuated the beneficial effects of ARA290. Together, these results allow us to provide new insights into the role of immune-vascular interactions after cerebral microangiopathies in the pathobiology and treatment of dementia.