There have been numerous studies of pain perception in humans using a variety of brain imaging methods. The majority of the past research has focused on the use of positron emission tomography (PET) as the primary imaging method. The present study examines the cortical mechanisms of pain perception in humans using a recently developed imaging technique called functional magnetic resonance imaging (fMRI). The primary interest in this study concerns how behavioural aspects of pain are reflected by cerebral cortical activity during noxious stimulation. As pain involves a combination of sensory, emotional, and cognitive responses, the extent and degree of activation in cortical areas associated with these responses can be affected. To address this issue, a behavioural experiment was first performed to assess the sensory, emotional, and cognitive components of tonic pain induced by a cold foam-pack (0°C). Subsequently, three subjects from the behavioural study pool participated in the imaging study of pain. In the imaging experiment, a cold foam-pack (0°C) and a non-cold foam-pack were applied to the left hands of these subjects. Activation produced by the noxious stimulus was compared with that produced by the innocuous stimulus. The results revealed inconsistencies in cortical activation among the three subjects and this could be related to each subject's behavioural measures. Individual and experimental variables may also account for the differences in results. / Thesis / Master of Science (MSc)

Comment les circuits cérébraux sont-ils réorganisés au cours de l'apprentissage et du changement de stratégie ? Un réseau clé impliqué dans ce processus est le système cortico-striatal, qui relie le cortex préfrontal (PFC) et le striatum (STR). Le PFC est impliqué dans la flexibilité cognitive requise pour s'adapter lors de changement de stratégies. Le STR est classiquement associé à la sélection d'action, cependant, des études récentes impliquent également le STR, en particulier ses parties ventrales (vSTR) et dorsomédiales (dmSTR), dans les processus de flexibilité cognitive, telles que le changement de strategie extra-dimensionnel (EDS). PFC et STR sont reliés topographiquement par une série de "boucles" anatomiques parallèles. Alors que la boucle 'associative', incluant dmSTR, serait impliquée dans certaines fonctions exécutives, la boucle 'limbic', comprenant le vSTR, serait recrutée pour les processus motivationnels et mnésiques, entre autres via ses connections avec l'hippocampe (HPC) : structure clé pour la mémoire épisodique et spatiale.Nous avons étudié la dynamique de ces processus chez les rats grâce à l'enregistrement simultané in vivo de l'activité neuronale unitaire et les potentiels de champ local (LFP) de l'HPC et différentes sous-régions fonctionnelles du système cortico-striatal. Les animaux ont été formés successivement pour apprendre deux tâches différentes dans un labyrinthe en T automatisé pour les récompenses liquides. Dans la première tâche, les indices visuels sur le bras gauche ou droit prédisaient le bras récompensé (tâche de repères visuels, VC), tandis que dans la seconde tâche, le bras gauche ou droit était toujours récompensé, quelle que soit la position des repères visuels (T). Les rats ont ensuite été formés pour passer de manière flexible entre les deux tâches. Tout d'abord, pour déterminer les sites appropriés pour les enregistrements électrophysiologiques, nous avons identifié les régions cérébrales spécifiques activées par notre tâche de changement de strategie, en utilisant le marquage immunohistochimique du gène précoce immédiat c-fos. Nous avons observé une activation significative du PFC (cingulate, prélimique et infralimbique cortex), vSTR et dmSTR. Nous avons ensuite examiné les corrélats neuronaux sur les sessions de changement de strategies. Nous avons concentré nos premières analyses sur des sessions où les rats ont successivement atteint le critère de performance dans la tâche VC (appelée 'VC1'), puis dans la tâche T, et enfin dans une deuxième itération de la tâche VC (appelée 'VC2'). En utilisant une méthode non paramétrique «le Monte Carlo bootstrap», nous avons déterminé les changements de taux de décharge spécifiques entre les différente taches. De façon surprenante, dans le STR, la plus forte incidence des changements d'activité était entre VC1 et VC2. Cette différence dominante a également été observée au niveau de la population et l'activité unitaire peut prédire quel type de tâche le rat effectuait... / How functional brain circuits are reorganized during learning and set-shifting ? A key network involved in this process is the corticostriatal system, which links the prefrontal cortex (PFC) and striatum (STR). The PFC is involved in cognitive flexibility required to adapt to changing rules, and the STR is classically associated with action selection. However recent studies also implicate the STR and, in particular, its ventral (vSTR) and dorsomedial (dmSTR) parts in cognitive flexibility such as exradimensional set-shifting (EDS). PFC and STR are topographically connected by a series of parallel anatomical “loops”. While the 'associative' loop (including dmSTR) would be involved in certain executive functions, the 'limbic' loop (including vSTR) would be recruited for motivational and mnesic processes, among other, by integrating input from hippocampus (Hpc) a key structure for episodic and spatial memory.We investigated the dynamics of these processes in rats with in vivo simultaneous recording of multiple single neuronal activity and local field potentials (LFP) from HPC and different functional subregions of STR and PFC. The animals were successively trained to learn two different tasks in an automated T-maze for liquid rewards. In the first task, visual cues on the left or right arm predicted the rewarded arm (visual cue task, VC), while in the second task, the left or right arm was always rewarded, regardless of the position of the visual cues (turn task, T). The rats were then trained to flexibly switch between the two tasks...