La Réalité Virtuelle (RV) semble ouvrir des voies de recherche prometteuses, pour évaluer l’impact des troubles cognitifs chez des personnes cérébrolésées dans des situations de vie quotidienne simulées. Cette application réactualise des questions relatives à la validité écologique des évaluations neuropsychologiques et aux liens entre performance fonctionnelle et processus cognitifs. Objectif : La présente thèse se propose d’étudier la validité écologique d’environnements virtuels et les relations entre performance fonctionnelle et processus cognitifs à l’aide de deux tâches de vie quotidienne simulées sous RV, chez des patients cérébrolésés. Matériels et Méthodes Expérimentation 1 : 27 patients traumatisés crâniens ont été consécutivement inclus et répartis en 2 groupes. Le premier groupe de 13 sujets a appris un trajet dans un quartier proche de l’hôpital de Bordeaux. 14 sujets ont suivi la même procédure dans un quartier virtuel recréant le même environnement réel. Différents tests sur les représentations spatiales ont été ensuite effectués. Expérimentation 2 : 95 patients cérébrolésés après traumatisme crânien ou AVC ont réalisé une tâche de courses dans le supermarché virtuel VAP-S (Marié et al 2003, Klinger et al 2004). En outre, 50 de ces sujets ont passé une batterie neuropsychologique testant les grands processus cognitifs. Résultats Expérimentation 1 : Il n’y a pas de différence significative des caractéristiques générales ou pathologiques entre les deux groupes. Parmi les tests de représentation spatiale, seule une épreuve d’arrangement d’images montre des résultats supérieurs en environnement réel [U = 32.5; p = 0.01]. Expérimentation 2 : Il n’y a pas de différence significative entre les 50 sujets qui ont passé la batterie complète et les 45 autres sujets pour ce qui concerne les données démographiques, les scores neuropsychologiques, la thymie et l’insertion sociale. Une analyse en composantes principales (ACP) portant sur les résultats des 50 sujets testés avec la batterie neuropsychologique complète propose un modèle à 4 facteurs qui explique 69.4% de la variance. Dans ces facteurs, les capacités en mémoire épisodique, en mémoire prospective et en organisation perceptive montrent autant de liaisons avec les indicateurs VAPS que l’attention et les composantes exécutives (inhibition et mise à jour). L’un de ces facteurs (F3) est en outre relié à l’insertion sociale, ce qui est un argument en faveur de la validité écologique du VAP-S. Discussion. Dans la première expérimentation, bien que les représentations spatiales générées par un environnement réel et un environnement virtuel paraissent différentes, la RV donne des résultats comparables à l’environnement réel, et se montre ainsi une technique fiable et sans danger pour l’évaluation fonctionnelle de la performance topographique. La deuxième expérimentation suggère qu’une tâche de vie quotidienne simulée sous RV telle que faire des courses dans un supermarché virtuel mobilise l’ensemble des ressources cognitives dans des interactions probablement proches de la vie quotidienne réelle. Elle permet de dépasser les limites d’une neuropsychologie fractionnée du fonctionnement cognitif, dans de bonnes conditions de mesure écologique. Beaucoup de prudence s’impose néanmoins dans l’interprétation et la généralisation des résultats du fait d’importantes variations individuelles. Conclusion La présente thèse confirme la validité écologique d’évaluations d’activités de la vie quotidienne en environnement virtuel (validité écologique) et approche la complexité des relations entre la performance observée en vie quotidienne et les processus cognitifs qui les sous-tendent. / Virtual Reality (VR) seems to open promising ways to research, particularly regarding the impact of cognitive deseases among people with acquired brain injury (ABI) immersed in simulated daily life situations. The use of VR raises or brings up to date concerns about the ecological validity of neuropsychological tests and the links between functional performance and cognitive processes. Aim: This thesis aims to study the ecological validity of virtual environments and relationships between functional performance and cognitive processes using two simulated tasks of daily life among people with ABI. Apparatus and method: Experimentation 1 Study population: 27 patients with Traumatic Brain Injury had been consecutively included and divided into two groups.Method: the first group including 13 subjects learned a route in an urban district near from the hospital of Bordeaux. In the second group 14 subjects had to do the same procedure in a virtual district that replicated the real environment. All subjects had to complete spatial representation tests at the end of the delayed recall route. Experiment 2 Study population: 95 patients with ABI (essentially including people with TBI or Cerebral Vascular Desease) were included. Method: Subjects had to do errands in the virtual supermarket VAP-S (Marié et al 2003, Klinger et al 2004). Among the initial group 50 subjects had a neuropsychological battery.Results Experiment 1 No significant difference has been found between the two groups according to demographic data and TBI severity. There was no effect of the real or virtual environement on the recall of route and the number of error was the same wathever was the environmental condition [(1, 25) = 0.679; p = 0.4176)]. Among the spatial representation tests, only the scene arrangement test were higher in the real environment [U = 32.5; p = 0.01]. Expériment 2 No significant difference between the two groups has been found according to demographic data, neuropsychological tests, mood, and social integration. A Principal Componant Analysis (PCA) on the results of the 50 subjects who had completed the whole neuropsychological battery raised a four factor solution that accounts for 69.4% of the variance. Among these factors, episodic memory, prospective memory and perceptual organization showed as many relationships with VAP-S indicators as attention and executive componants (inhibition and updating). The factor 3 is linked to social integration. It is an argument in favor of the ecological validity of the VAP-S Discussion In the first experiment, despite the fact that spatial representations seemed different between the real and virtual environments, learning results were the same. RV is a reliable and safe to assess the topographical performance which is important in the daily life and notably in social and vocational rehabilitation. The second experiment suggested that VR simulated activity of daily living as shopping in a virtual supermarket bring together cognitive resources within interactions probably close than daily life. This result overcomes the limits of the splitting cognitive functioning in neuropsychology with a good ecological validity. However these results must be examined with caution due to large individual variation. Conclusion This thesis confirms the ecological validity of RV simulated activities of daily living close to the complexity of the relationships between the performance observed in the daily life and cognitive processes that are underlying it. It opens interesting perspectives to assessment and cognitive rehabilitation using RV of people with ABI and cognitive deseases with the purpose to improve autonomy in daily life.

Les hypersignaux de la substance blanche (HSB), visualisables par IRM, ont été identifiés comme des facteurs intermédiaires potentiels entre le risque vasculaire et la survenue de troubles cognitifs. Cependant, la relation entre les HSB et la cognition n'est pas encore clairement comprise. L'objectif de ce travail était d'identifier des facteurs susceptibles de moduler les effets des HSB sur la cognition afin de comprendre pourquoi, pour une charge identique en hypersignaux, certains sujets développent des troubles cognitifs quand d'autres ne manifestent aucun symptôme. Six cent soixante sujets sains issus de la population générale et âgés de 65 à 80 ans (Etude ESPRIT) ont été suivis sur une période de 10 ans après avoir passé une IRM cérébrale à l'inclusion. Dans cet échantillon, nous avons montré que l'association entre HSB et troubles cognitifs s'amenuisait avec l'âge, s'observait seulement chez les individus peu éduqués, et chez les sujets avec un profil spécifique de distribution spatiale des HSB, défini par un volume total élevé et une concentration des HSB dans le lobe temporal. Ces résultats suggèrent qu'il existe une population particulière (plus jeune, moins éduquée et avec une répartition des HSB spécifique) chez qui les effets des HSB sur la cognition semblent plus marqués et / ou sont plus facilement détectables. Dans les futures études utilisant les HSB comme marqueur du risque vasculaire dans la cognition, il pourrait être pertinent de cibler plus spécifiquement ce type de population. / Cerebral white matter hyperintensities (WMH), detected in vivo with MRI, are commonly used to assess cerebrovascular burden in cognitive impairment. However, the association between WMH and cognition is not consistent the across literature. In our longitudinal population-based study of 660 subjects aged 65 years and over with a brain MRI at baseline (ESPRIT Study), we aimed to identify factors that may modulate the effects of WMH on cognition. During the 10-year follow-up period, we observed that the association between WMH and cognitive impairment became weaker with advancing age, was only observed when the relationship was examined in low-educated individuals, and in patients with a specific spatial distribution of WMH, defined by a severe total WMH load with a high proportion of hyperintensities in the temporal lobe. These results suggest that there is a particular population (younger, less educated and with a specific distribution of WMH) in which the effects of WMH are more severe and/ or more easily detectable. In future studies using WMH as a marker of vascular burden in cognition, this particular population should be specifically considered.

La sclérose en plaques est une maladie inflammatoire du système nerveux central, ayant plusieurs phénotypes cliniques, caractérisée par la coexistence de phénomènes inflammatoires focaux et d’une neurodégénérescence diffuse, dont la physiopathologie est actuellement inconnue. L’apparition de troubles cognitifs marque un tournant évolutif pour les patients, est en lien avec la progression de la maladie, et notamment l’atrophie cérébrale. Néanmoins le statut cognitif de certains patients reste préservé malgré la progression de la maladie. Le concept de réserve cognitive rendrait compte de cette absence de corrélation entre statut cognitif et lésions cérébrales en lien de la maladie, mais ses bases physiologiques sont à l’heure actuelle inconnues. Trois techniques d’imagerie : L’étude de la perfusion cérébrale en arterial spin labelling, de la vasoréactivité cérébrale grâce à l’inhalation d’un gaz enrichi en CO2, et des anomalies de substance blanche cérébrale en tenseur de diffusion sont utilisées dans ce manuscrit pour répondre aux questions suivantes :- Existe-t-il des anomalies vasculaires pouvant expliquer la neurodégénérescence diffuse observée dans la sclérose en plaques, et notamment dans les formes progressives ?- Existe-t-il en tenseur de diffusion des anomalies de certains faisceaux de substance blanche qui serait corrélées au statut cognitif ou au phénotype clinique des patients? La réserve cognitive est-elle médiée par des phénomènes de plasticité de la substance blanche dans la sclérose en plaques? / Multiple sclerosis in an inflammatory and dysimmune condition of the central nervous system, with different clinical patterns. This disease involves patchy area of demyelination and of a diffuse axonal loss and neurodegeneration. The pathophysiology of this diffuse neurodegeneration remains currently unknown. The apparition of a cognitive impairment dramatically changes the clinical prognosis in patients. This cognitive impairment seems to be linked to a diffuse dysconnexion of normal appearing white matter, and to grey matter atrophy. Cognitive reserve could explains a lack of correlation between the cognitive status in patients and the cerebral lesion load due to the disease. Anatomical basis of cognitive reserve are unclear. Three methods of imaging : arterial spin labelling, measure of the cerebral vasoreactivity with the inhalation of a gas enriched in dioxid, and diffusion tensor imaging are employed to answer to these questions in multiple sclerosis : Are there vascular abnormalities related to neurodegeneration, in particular in progressive forms of multiple sclerosis? Could we find white matter differences in tracts related to cognitive impairment or clinical form in patients? Is Cognitive reserve linked to a cerebral white matter plasticity in this condition ?

Les troubles du comportement en sommeil paradoxal (TCSP) ont été individualisés comme un type de parasomnie par Carlos Schenck en 1986. Il s’agit d’une parasomnie caractérisée par l’absence d’atonie musculaire pendant le sommeil paradoxal associée à l’apparition de mouvements anormaux allant de simples secousses à des comportements élaborés souvent violents. Ces comportements dépendent de l’activité onirique et sont décrits comme une « mise en acte des rêves ». Les TCSP sont fréquents dans la maladie de Parkinson. Les patients parkinsoniens ayant des TCSP ont des troubles cognitifs plus importants et ont un risque de démence plus important que les autres patients. Les TCSP peuvent également se présenter de manière isolée, sans aucune cause pathologique apparente. Ils sont alors considérés comme « idiopathiques » (TCSPi). Ce terme « idiopathique » a néanmoins été remis en cause du fait de la présence de nombreux signes évocateurs d’une synucléinopathie chez ces patients (affaiblissement des performances cognitives, anomalies cérébrales structurales et fonctionnelles). De nombreux patients ayant des TCSP initialement considérés comme idiopathiques, vont développer un syndrome parkinsonien et/ou une démence après plusieurs années d’évolution. Une étude récente rapporte que cela concerne 81 % des patients après 16 ans de suivi. Ces données ont conduit à l’hypothèse selon laquelle les TCSP seraient un symptôme révélant les stades précoces « non-moteurs » de la MP. Les agrégats pathologiques d’alpha-synucléine touchant les structures du tronc cérébral seraient à l’origine de l’apparition de TCSP avant même le syndrome parkinsonien. Cette chronologie dans les stades d’évolution de la MP (pré-clinique, pré-moteur, moteur, démence) ne semble néanmoins pas être retrouvée chez tous les patients parkinsoniens. Elle révèlerait plutôt un certain sous-type de MP, caractérisée par de nombreux symptômes non-moteurs précédant le syndrome parkinsonien et par un risque accru de démence précoce. Parmi ces symptômes non moteurs, les troubles cognitifs seraient importants et toucheraient notamment le fonctionnement visuo-perceptif. Ce travail a eu pour objectif d’étudier le lien entre les TCSP, les troubles visuo-perceptifs et la maladie de Parkinson. Dans une première étude, des évaluations spécifiques des fonctions visuo-spatiales ont permis de mettre en évidence des troubles visuo-perceptifs chez les patients ayant des TCSPi. Les patients parkinsoniens ayant des TCSP avaient des troubles visuo-perceptifs plus marqués que ceux n’ayant pas de TCSP. Les résultats ont également permis d’identifier la nature des troubles visuo-perceptifs. Les processus intermédiaires de traitement de l’information visuelle semblent spécifiquement touchés dans ces groupes de patients.La deuxième partie de notre travail a été consacrée à l’exploration des corrélats neurophysiologiques de cette atteinte perceptive chez les patients ayant des TCSPi. Cette étude était basée sur l’analyse d’un potentiel évoqué cognitif : la Ncl (negativity associated with closure) décrite comme un marqueur de notre capacité à reconnaître des objets partiellement occultés ; autrement dit, une composante générée par la mise en jeu des processus intermédiaires de traitement de l’information visuelle. L’absence de Ncl observée chez les patients ayant des TCSPi est compatible avec l’hypothèse d’un dysfonctionnement des régions du Lateral occipital complex (LOC) situées sur la voie ventrale de traitement de l’information visuelle. [...] / Rapid eye movement sleep behavior disorder (RBD) has been recognized formally as a parasomnia in 1986 by Carlos Schenck. RBD is characterized by loss of normal muscle atonia during rapid eye movement sleep, associated with motor activity from simple jerks to elaborate, often violent, behaviors. This motor activity occurs while dreaming, and has been described as “acting out dreams”. RBD are frequent in Parkinson’s disease (PD). PD patients with RBD show more severe cognitive disorders and have a higher risk of developing dementia than patients without RBD. When isolated and with no identified pathological etiology, RBD are considered as “idiopathic” (iRBD). This “idiopathic” form has been questioned due to the presence of markers of neurodegeneration (cognitive disorders, structural and functional cerebral abnormalities) in iRBD patients. A quite large number of iRBD patients will eventually develop parkinsonism and/or dementia after several years. A recent study reports a delayed emergence of parkinsonism/dementia in 81 % of iRBD patients with a mean interval of 14 years from onset of RBD. These data has leaded to consider RBD as a symptom of the PD “pre-motor” stage. This classic progression of PD staging (pre-clinic, pre-motor, motor, dementia) is not found in every PD patient. It would rather reveal a specific PD sub-type characterized by many non-motor symptoms preceding parkinsonism and with a higher risk of early dementia. Cognitive disorders would be one of these non-motor symptoms, especially affecting visual perception. The goal of this doctoral dissertation was to study the relationship between RBD, visual perception disorders and PD. The first study aimed at identifying the nature of visual perception disorders in iRBD patients, based on specific assessments of visuo-spatial functions. The results showed a deficit of the intermediate stage of visual perception in iRBD patients. PD patients had a similar deficit which was more severe when associated with RBD. The second study focused on the analysis of the possible cerebral dysfunction underlying this visual perception deficit in iRBD patients. This study was based on the recording of the Ncl (negativity associated with closure), a cognitive event-related potential indexing the ability to recognize an object even partially occulted, mainly based on the intermediate stage of object processing. The results showed no Ncl component in iRBD patients. This is in line with a cerebral dysfunction located in the lateral occipital complex (LOC), a region belonging to the ventral visual pathway. The third study examined the cognitive profile of treatment-naïve PD patients, first at the time of diagnosis and then one year later. Previous published data demonstrated that the presence of RBD is associated with more severe cognitive disorders in treated PD patients. Based on the first assessments of our group of treatment-naïve patients, we examined whether these differences already exist at the time of diagnosis. The objective of the second evaluation session was to determine whether PD patients with RBD had a higher risk of early severe cognitive impairments than non-RBD patients. At the first session, 17 of the 57 patients (30%) met the criteria for RBD. At that time, RBD was not found to be associated with cognitive decline. We did not find clinical differences related to PD or others sleep disorders between RBD and non-RBD PD patients. Some yet isolated results might reflect a trend towards a potential decline in RBD patients. At the second session, only RBD patients but not non-RBD patients showed a cognitive slowing. RBD patients may also have a trend toward apathy. A longer follow-up study is needed to confirm this trend. [...]

Les êtres vivants sont caractérisés par leur rapport avec l'environnement dans lequel ils évoluent. Ils sont dotés de capacités de perception, d'action et de décision. L'animation comportementale s'inspire de cette architecture pour peupler des environnements virtuels avec des entités autonomes à l'image des organismes vivants. Dans ce domaine, il est un être vivant qui retient particulièrement l'attention : l'être humain. Dans cette thèse, nous proposons une architecture pour la description du comportement des humanoïdes virtuels. Dans un premier temps, nous étudions la relation entre l'humanoïde et son environnement dans le cadre de la navigation. Nous proposons un système de subdivision spatiale permettant d'extraire des propriétés topologiques à partir d'un environnement géométrique. Ces informations sont ensuite utilisées pour créer un algorithme de planification de chemin hiérarchique. Nous proposons, dans la continuité, un algorithme de navigation s'inspirant d'études sur le comportement piétonnier et permettant de simuler, en temps réel, des foules composées de plusieurs centaines de piétons. Dans un second temps, nous étudions les composantes réactives et cognitives du comportement. Nous proposons un modèle réactif dont la propriété est de synchroniser et d'adapter automatiquement le déroulement simultané de plusieurs comportements. Le modèle cognitif peut alors exploiter cette propriété pour choisir des actions permettant à l'humanoïde de réaliser un but. Ce modèle se base sur un langage orienté objet permettant de décrire le monde sous la forme des interactions qu'il offre aux humanoïdes. Différentes applications ont validé les travaux réalisés dans cette thèse : simulation de foule, fiction interactive et cinématographie virtuelle.

Le travail présenté dans cette thèse se situe dans le domaine de la représentation des connaissances. Il s'intègre dans le projet AMICAL ( Architecture Multi-agents Interactive Compagnon pour l' Apprentissage de la Lecture) dont l'objectif est de de développer un environnement informatique d'aide à l'apprentissage de la lecture. Cette étude est centrée sur la recherche d'une représentation sémantique de textes utilisés dans des sessions d'apprentissage. La problématique est de trouver un formalisme de représentation de connaissances capable de répondre à une situation fonctionnelle particulière tout en prenant compte de contraintes de natures différentes. Trois possibilités nous sont offertes : retenir un formalisme de représentation de connaissances existant, faire coopérer des formalismes existants ou proposer un nouveau formalisme. C'est cette troisième solution qui a été retenue après avoir montré les difficultés rencontrées par quelques formalismes existants à remplir certaines contraintes formulées. Nous proposons dans ce mémoire un système de représentations de connaissances, basé sur des structures de de connaissances appelées DCAS (Description Composite A Signification). Elles sont les unités de base du raisonnement. Ces structures reposent sur un ensemble d'entités cognitives de types différents. Nous décrivons les rôles différents joués par ces entités au sein d'une DCAS, ainsi que les capacités représentationnelles et inférentielles d'un système basé sur ces notions. Nous terminons cette étude par l'application de ce formalisme dans la problématique définie dans AMICAL.

Notre travail de thèse analyse, par des approches comportementales et neuro-anatomique, l'impact du vieillissement sur le processus d'aversion olfactive potentialisée par le goût (AOPG). Des rats jeunes, adultes et sénescents sont soumis à l'acquisition et au rappel de cet apprentissage. Tous les rats sont capables d'acquérir et de se rappeler cet apprentissage, même si on note une altération, en fonction de l'âge, de leurs capacités cognitives évaluées par trois tâches différentes. Les expressions de Fos et de Zif268, après rappel de l'AOPG, mettent en évidence des patterns d'activation cérébrale différents en fonction du stimulus (odeur ou goût) utilisé pour le rappel et qui, de plus, évoluent avec l'âge. Ce travail nous a permis de proposer un modèle fonctionnel de l'AOPG.

Thèse d'exercice : Médecine. Médecine générale : Paris 12 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. f. 108-118.

Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine : Nancy 1 : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre.

Les commotions cérébrales d’origine sportive sont fréquentes chez les athlètes professionnels et semblent l’être tout autant chez les jeunes sportifs. Chez l’adulte, les symptômes se résorbent dans la majorité des cas assez rapidement (7-10 jours), mais la récupération peut s’avérer différente chez les jeunes. Plusieurs études utilisant les potentiels évoqués cognitifs ont découvert des anomalies cérébrales en l’absence de symptômes cliniques observables chez l'adulte. Toutefois, peu de données scientifiques sont disponibles sur les répercussions d’un tel impact sur le cerveau en développement. Le but de l’étude était de déterminer s’il existe une relation entre l’âge de survenue au moment de la commotion et la gravité des déficits. Cette étude transversale a évalué le fonctionnement cognitif de sportifs par des tests neuropsychologiques ainsi que les mécanismes neuronaux de l’orientation de l’attention (P3a) et de mise à jour de l’information en mémoire de travail (P3b) à l’aide de potentiels évoqués cognitifs. Les athlètes étaient répartis selon trois groupes d’âge [9-12 ans (n=32); 13-16 ans (n=34); adultes (n=30)], la moitié ayant subi une commotion dans la dernière année. Les comparaisons entre les groupes ont été effectuées par une série d’ANOVAs. Comparativement au groupe contrôle, les adolescents commotionnés présentaient des déficits de mémoire de travail. Les athlètes commotionnés démontraient une réduction de l’amplitude de la P3b comparativement aux non-commotionnés. Les résultats illustrent la présence de déficits neurophysiologiques persistants et ce, au moins six mois suivant l’impact. Les enfants semblent aussi sensibles que les adultes aux effets délétères d’une commotion cérébrale et les conséquences s’avèrent plus sévères chez l’adolescent. / Sport-related concussions are common injuries among professional athletes as well in adolescents and children participating in organized sports. Although the majority of concussions resolve rapidly in adults (7-10 days), recovery could be different in younger athletes. Several studies using event-related potentials show that adult athletes have cerebral anomalies in the absence of clinical symptoms. However, the consequences of a sport-related concussion on the developing brain are less known. The purpose of this study was to determine whether age differences exist with respect to cognitive functioning following a sport-related concussion. This cross-sectionnal study assessed cognitive functioning using standardized neuropsychological tests as well the neuronal mechanisms associated with the re-orienting attention (P3a) and with the update of information in working memory (P3b), using event-related potentials. Athletes were divided into three age groups [9-12 yrs (n=32); 13-16 yrs (n=34); and adults (n=30)] half of whom suffered from a sport-related concussion. Group comparisons were investigated with a series of ANOVAs. Specifically, concussed adolescents showed persistent deficits in working memory compare with their non injured counterparts. Concussed athletes from all age groups had significantly lower amplitude for the P3b component of their ERPs compared to their non injured teammates. No age-related differences for ERP’s were found among the concussed groups. These data suggest persistent neurophysiological deficits that are present at least 6 months following a concussion. Children appear to be as sensitive as adults to the consequences of a concussion and adolescents seem experience the most severe outcomes.