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.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Le risque de LH est augmenté en cas de déficit immunitaire acquis ou inné. Les déficits immunitaires innés associés à un risque accru de LH, sont les DICV (Déficit Immunitaire Commun Variable), XLP (Syndrome lymphoprolifératif lié au chromosome X) et ALPS (Syndrome lymphoprolifératif Autoimmun). L'objectif de notre travail était d'évaluer la prévalence de ces déficits immunitaires chez des enfants atteints de LH. Nous avons reçu, 395 prélèvements de patients atteints de LH au diagnostic. L'âge médian de la population étudiée est de 13 ans, allant de 3 à 18 ans. Le sex-ratio M/F est de 1.1. Il augmente à 3 au dessous de l'âge de 10 ans. Parmi les biopsies (n=84) qui ont été relues, 87% sont de type scléro-nodulaires (SN), 7% à cellularité mixte (CM) et 6% non spécifié. L'EBV est détecté in situ dans 23% des cas de LH. Les patients atteints de LH-EBV+ sont significativement plus jeunes que ceux atteints de LH-EBV- (p=3.10-4). Ce sont plus fréquemment des garçons que des filles (63% ; M/F : 1,7) et fréquemment de sous-type CM (40%). Enfin, ils ont une charge virale EBV significativement plus élevée (p=3.10-3) que les enfants qui ont un LH-EBV-.Parmi les 83 premiers enfants analysés, un immunophénotypage approfondi a montré une diminution de la population lymphocytaire par rapport aux témoins et une lymphopénie B fréquente (31 patients sur 83 soit 37% des patients). La lymphopénie B était corrélée aux facteurs pronostiques connus du LH. Dans un cas parmi les 31, une baisse des immunoglobulines a été mise en évidence ce qui est évocateur de DICV. Nous avons montré que dans les autres cas, les lymphopénies se corrigeaient à distance de la maladie. La recherche de profil cytokinique associé à ces lymphopénies (TGF, BAFF, IL-7) n'a pas permis de mettre en évidence de mécanisme physiopathologique simple pour expliquer ces lymphopénies. Nous émettons l'hypothèse qu'elles sont liées à l'exposition au contact des cellules tumorales à des signaux favorisant l'apopotose.En ce qui concerne la recherche d'autres déficits immunitaires innés, aucun cas évocateur de XLP n'a été mis en évidence sur la base de la quantification des lymphocytes NKT. Cinq cas parmi les 83 (6%) avaient une expansion de lymphocytes T DN (Lymphocytes TCRαβ CD4-CD8-) dans le sang périphérique. Des dosages de Fas ligand et d'IL-10 plasmatiques ont permis d'exclure un ALPS. Au total, nous n'avons pas pu affirmer de défaut qualitatif des sous-populations lymphocytaires évoquant les déficits immunitaires de type XLP et ALPS. Seule une lymphopénie B avec baisse des IgG est évocatrice de DICV. Nous avons étendu l'analyse à l'ensemble des patients (395patients) avec un contrôle à distance du diagnostic pour ceux qui étaient anormaux. Nous avons identifié 4 patients potentiellement atteints de DICV, 1,5%. Parallèlement, nous avons recherché un déficit de la réponse T anti-EBV par cytomètrie de flux et l'Elispot. L'étude de la réponse T anti-EBV par la cytométrie de flux, a montré une tendance vers une baisse de la production d'IL-2 par les CD4 et les CD8 de patients avec une charge virale EBV élevée en réponse à une stimulation par des peptides EBV en présence de lignées autologues. L'étude de la réponse T anti EBV par la technique d'ELISPOT sur 9 patients n'a pas montré globalement de déficit du contrôle de l'EBV sauf pour une jeune patiente de 10 ans ayant une charge virale EBV très élevée sans réponse T anti-EBV efficace. Les résultats que nous avons obtenus restent à approfondir, ce qui permettra d'enrichir les connaissances actuelles sur cette pathologie.

Le système immunitaire est particulièrement dépendant des mécanismes de réparation de l’ADN, en effet le développement du système immunitaire adaptatif nécessite certains mécanismes de réparation de l’ADN, lors de la recombinaison V(D)J et lors de la commutation de classe des immunoglobulines. De plus, le système hématopoïétique est par sa nature très sensible aux lésions spontanées de l’ADN. Il existe chez l’homme de nombreux déficits immunitaires directement liés à un défaut de réparation de l’ADN. L’identification du gène responsable est importante pour un conseil génétique familial approprié et pour la prise en charge médicale. Nous avons accès aujourd’hui à de puissants outils de dépistage génétique grâce au séquençage à haut débit et la liste des gènes responsables d’un déficit immunitaire s’allonge de plus en plus en rapidement. La première partie de ce travail porte sur la mise au point d’un nouvel outil de dépistage rapide des déficits de la réparation de l’ADN, en particulier dans le cas de déficit immunitaires. Ce test est fondé sur l’observation d’un biais du répertoire du TCRdes lymphocytes T circulants lorsque les thymocytes ont une durée de vie diminuée, or un défaut de réparation de l’ADN entraîne une diminution de la survie thymocytaire. Nous avons mis au point deux techniques, par biologie moléculaire et par cytométrie en flux, pour détecter un éventuel biais du répertoire du TCRα et évaluer la pertinence de ce test dans les déficits immunitaires liés à un défaut de réparation de l’ADN. Un biais a notamment été détecté dans les cas de déficit en facteur du NHEJ et en ATM. Nous avons également établi en collaboration avec le service d’Immunologie Clinique de l’hôpital Saint-Louis une cohorte de patients atteints de déficit immunitaire commun variable (DICV) dont la présentation clinique est évocatrice d’un défaut de réparation de l’ADN. Une série de test fonctionnels de dépistages de déficit de la réparation de l’ADN ainsi que des analyses génétiques (CGH array, séquençage complet de l’exome) ont été fait chez ces patients afin d’identifier de nouveaux gènes impliqués dans les DICV. Parmi les 18 patients analysés, dans 5 cas on retrouve une sensibilité cellulaire accrue aux agents génotoxiques et chez 15 patients, un gène candidat a été identifié. Ces résultats sont encore préliminaires et la caractérisation génétique et fonctionnelle des mutations identifiées sera poursuivie par notre équipe. Pour finir, nous avons entrepris l’exploration génétique et fonctionnelle de deux mutations identifiées chez une jeune patiente atteinte de déficit immunitaire combiné (CID) associé à un syndrome lymphoprolifératif et une auto-immunité, et chez qui une hypersensibilité cellulaire à la Mitomycine C, agent pontant de l’ADN, a été détectée. La première mutation a été identifiée dans le gène ELKS qui code pour un facteur impliqué dans la réparation de l’ADN. La complémentation fonctionnelle de ce gène prouve l’implication de cette mutation dans l’hypersensibilité des cellules de la patiente à la MMC. Nous avons développé un modèle murin KO conditionnel de ce gène dans les cellules hématopoïétiques qui n’a pas montré de défaut de développement du système immunitaire. La deuxième mutation identifiée se situe dans le gène BACH2 codant pour un répresseur transcriptionnel très impliqué dans le développement du système immunitaire. Les souris KO pour ce gène ont un phénotype proche du déficit immunitaire décrit chez cette patiente. Les investigations de cette mutation sont en cours chez elle et chez les membres de sa famille également porteurs de la mutation. / The immune system is particularly dependent on DNA damage response (DDR) pathways. The development of the adaptive immune system requires certain DDR mechanisms, in particular during the V(D)J recombination and during class switch recombination (CSR), furthermore, the hematopoietic system is very sensitive to spontaneous DNA lesions. Therefore, there are many immune deficiencies in human directly related to a DDR deficiency. The identification of the responsible gene is important for appropriate genetic counseling. Today, we have access to powerful genetic screening tools, in particular next generation sequencing (NGS) and the list of genes responsible for immune deficiency is growing rapidly. The first part of this work focuses on the development of a new screening tool for DDR defects, in particular in the case of immune deficiency, and evaluation of clinical interest. This test is based on the observation of a bias of the TCRα repertoire in circulating T lymphocytes when thymocytes lifespan is diminished and we know that DDR defect causes decreased thymocyte survival. We have developed two techniques, by molecular biology and by flow cytometry, to detect a potential bias of the TCRα repetoire and assess the suitability of this test in some immunodeficiencies linked to a DDR defect. A significant bias was detected in the case of ATM and NHEJ factor deficiency. Furthermore, we have established a cohort of patients suffering from common variable immunodeficiency (CVID) with a clinical presentation highly suggestive of DDR defect, in collaboration with the Clinical Immunology Service of Hôpital Saint-Louis (Paris). Functional test for DDR defect and genetic analysis (CGHarray, whole exome sequencing) were performed in these patients to identify new genes involved in CVID. Among the 18 patients analyzed until now, five cases of cellular sensitivity to genotoxic agents have been detected and a candidate gene was identified in 15 of them. These results are still preliminary and our team will pursue genetic and functional characterization of the identified mutations. Finally, we undertook genetic and functional exploration of two mutations identified in a young patient with combined immunodeficiency (CID) associated with a lymphoproliferative disease and autoimmunity, and in whom a cellular hypersensitivity to mitomycin C, a DNA crosslinking agent, was detected. The first mutation was identified in the ELKS gene, which codes for a factor involved in DNA repair. Functional complementation of this gene demonstrates the involvement of this mutation in the hypersensitivity of patient’s cells to MMC. We have developed a conditional knockout mouse model of this gene in hematopoietic cells that did not show any defect in development of the immune system. The second mutation was identified in BACH2 gene encoding a transcriptional repressor involved in the development of the immune system. Knockout mice for this gene have a similar phenotype to the immune deficiency described in this patient. Investigations on this mutation are ongoing in the patient and among family members that also carry the mutation.

Le système immunitaire est particulièrement dépendant des mécanismes de réparation de l’ADN, en effet le développement du système immunitaire adaptatif nécessite certains mécanismes de réparation de l’ADN, lors de la recombinaison V(D)J et lors de la commutation de classe des immunoglobulines. De plus, le système hématopoïétique est par sa nature très sensible aux lésions spontanées de l’ADN. Il existe chez l’homme de nombreux déficits immunitaires directement liés à un défaut de réparation de l’ADN. L’identification du gène responsable est importante pour un conseil génétique familial approprié et pour la prise en charge médicale. Nous avons accès aujourd’hui à de puissants outils de dépistage génétique grâce au séquençage à haut débit et la liste des gènes responsables d’un déficit immunitaire s’allonge de plus en plus en rapidement. La première partie de ce travail porte sur la mise au point d’un nouvel outil de dépistage rapide des déficits de la réparation de l’ADN, en particulier dans le cas de déficit immunitaires. Ce test est fondé sur l’observation d’un biais du répertoire du TCRdes lymphocytes T circulants lorsque les thymocytes ont une durée de vie diminuée, or un défaut de réparation de l’ADN entraîne une diminution de la survie thymocytaire. Nous avons mis au point deux techniques, par biologie moléculaire et par cytométrie en flux, pour détecter un éventuel biais du répertoire du TCRα et évaluer la pertinence de ce test dans les déficits immunitaires liés à un défaut de réparation de l’ADN. Un biais a notamment été détecté dans les cas de déficit en facteur du NHEJ et en ATM. Nous avons également établi en collaboration avec le service d’Immunologie Clinique de l’hôpital Saint-Louis une cohorte de patients atteints de déficit immunitaire commun variable (DICV) dont la présentation clinique est évocatrice d’un défaut de réparation de l’ADN. Une série de test fonctionnels de dépistages de déficit de la réparation de l’ADN ainsi que des analyses génétiques (CGH array, séquençage complet de l’exome) ont été fait chez ces patients afin d’identifier de nouveaux gènes impliqués dans les DICV. Parmi les 18 patients analysés, dans 5 cas on retrouve une sensibilité cellulaire accrue aux agents génotoxiques et chez 15 patients, un gène candidat a été identifié. Ces résultats sont encore préliminaires et la caractérisation génétique et fonctionnelle des mutations identifiées sera poursuivie par notre équipe. Pour finir, nous avons entrepris l’exploration génétique et fonctionnelle de deux mutations identifiées chez une jeune patiente atteinte de déficit immunitaire combiné (CID) associé à un syndrome lymphoprolifératif et une auto-immunité, et chez qui une hypersensibilité cellulaire à la Mitomycine C, agent pontant de l’ADN, a été détectée. La première mutation a été identifiée dans le gène ELKS qui code pour un facteur impliqué dans la réparation de l’ADN. La complémentation fonctionnelle de ce gène prouve l’implication de cette mutation dans l’hypersensibilité des cellules de la patiente à la MMC. Nous avons développé un modèle murin KO conditionnel de ce gène dans les cellules hématopoïétiques qui n’a pas montré de défaut de développement du système immunitaire. La deuxième mutation identifiée se situe dans le gène BACH2 codant pour un répresseur transcriptionnel très impliqué dans le développement du système immunitaire. Les souris KO pour ce gène ont un phénotype proche du déficit immunitaire décrit chez cette patiente. Les investigations de cette mutation sont en cours chez elle et chez les membres de sa famille également porteurs de la mutation. / The immune system is particularly dependent on DNA damage response (DDR) pathways. The development of the adaptive immune system requires certain DDR mechanisms, in particular during the V(D)J recombination and during class switch recombination (CSR), furthermore, the hematopoietic system is very sensitive to spontaneous DNA lesions. Therefore, there are many immune deficiencies in human directly related to a DDR deficiency. The identification of the responsible gene is important for appropriate genetic counseling. Today, we have access to powerful genetic screening tools, in particular next generation sequencing (NGS) and the list of genes responsible for immune deficiency is growing rapidly. The first part of this work focuses on the development of a new screening tool for DDR defects, in particular in the case of immune deficiency, and evaluation of clinical interest. This test is based on the observation of a bias of the TCRα repertoire in circulating T lymphocytes when thymocytes lifespan is diminished and we know that DDR defect causes decreased thymocyte survival. We have developed two techniques, by molecular biology and by flow cytometry, to detect a potential bias of the TCRα repetoire and assess the suitability of this test in some immunodeficiencies linked to a DDR defect. A significant bias was detected in the case of ATM and NHEJ factor deficiency. Furthermore, we have established a cohort of patients suffering from common variable immunodeficiency (CVID) with a clinical presentation highly suggestive of DDR defect, in collaboration with the Clinical Immunology Service of Hôpital Saint-Louis (Paris). Functional test for DDR defect and genetic analysis (CGHarray, whole exome sequencing) were performed in these patients to identify new genes involved in CVID. Among the 18 patients analyzed until now, five cases of cellular sensitivity to genotoxic agents have been detected and a candidate gene was identified in 15 of them. These results are still preliminary and our team will pursue genetic and functional characterization of the identified mutations. Finally, we undertook genetic and functional exploration of two mutations identified in a young patient with combined immunodeficiency (CID) associated with a lymphoproliferative disease and autoimmunity, and in whom a cellular hypersensitivity to mitomycin C, a DNA crosslinking agent, was detected. The first mutation was identified in the ELKS gene, which codes for a factor involved in DNA repair. Functional complementation of this gene demonstrates the involvement of this mutation in the hypersensitivity of patient’s cells to MMC. We have developed a conditional knockout mouse model of this gene in hematopoietic cells that did not show any defect in development of the immune system. The second mutation was identified in BACH2 gene encoding a transcriptional repressor involved in the development of the immune system. Knockout mice for this gene have a similar phenotype to the immune deficiency described in this patient. Investigations on this mutation are ongoing in the patient and among family members that also carry the mutation.

Beaucoup de patients atteints de la maladie de Parkinson (MP) peuvent souffrir de troubles cognitifs dès les étapes initiales de la maladie et jusqu’à 80% d’entre eux vont développer une démence. Des altérations fonctionnelles au niveau du cortex préfrontal dorsolatéral (CPFDL), possiblement en relation avec le noyau caudé, seraient à l’origine de certains de ces déficits cognitifs. Des résultats antérieurs de notre groupe ont montré une augmentation de l’activité et de la connectivité dans la boucle cortico-striatale cognitive suite à la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) utilisant des paramètres « theta burst » intermittent (iTBS) sur le CPFDL gauche. Pour cette étude, 24 patients atteints de la MP avec des troubles cognitifs ont été séparées en 2 groupes : le groupe iTBS active (N=15) et le groupe sham (stimulation simulée, N=9). Une batterie neuropsychologique détaillée évaluant cinq domaines cognitifs (attention, fonctions exécutives, langage, mémoire et habiletés visuo-spatiales) a été administrée lors des jours 1, 8, 17 et 37. Le protocole iTBS a été appliqué sur le CPFDL gauche durant les jours 2, 4 et 7. Les scores z ont été calculés pour chaque domaine cognitif et pour la cognition globale. Les résultats ont montré une augmentation significative de la cognition globale jusqu’à 10 jours suivant l’iTBS active, particulièrement au niveau de l’attention, des fonctions exécutives et des habiletés visuo-spatiales. Cet effet sur la cognition globale n’est pas répliqué dans le groupe sham. Ces résultats suggèrent donc que l’iTBS peut moduler la performance cognitive chez les patients atteints de MP avec des déficits cognitifs. / Cognitive impairment affects many patients with Parkinson’s disease (PD) in the early phase of the disease and up to 80% of them will eventually develop dementia. Many studies suggests that these cognitive deficits are mediated by functional alterations in the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC), possibly in relation with the caudate nucleus. Previous results from our group showed an increase in activity and connectivity within the cognitive cortico-striatal loop when applying transcranial magnetic stimulation (TMS) using intermittent « theta burst » (iTBS) parameters over left DLPFC. For this study, 24 idiopathic PD patients with cognitive impairment were recruited and divided into two groups : active iTBS group (N=15) and sham group (simulated stimulation, N=9). Detailed neuropsychological assessment of five cognitive domains (attention, executive functions, language, memory, visuospatial abilities) was performed on day 1, 8, 17 and 37. iTBS protocol over left DLPFC was performed on day 2, 4 and 7. Z scores were calculated for each domain and for the overall cognition performance. Our results showed a significant increase in overall cognition up to 10 days after receiving active iTBS, improving mainly attention, executive functions and visuospatial abilities. This effect was not replicated in the sham group. Therefore, our results suggest that iTBS can modulate cognitive performance in PD patients with cognitive deficits.

L'attention focalisée est une fonction cognitive de haut niveau permettant à l'Homme de faciliter sélectivement certaines actions et perceptions. Dans un monde regorgeant de choix d'actions, et de possibilités de perceptions, l'attention focalisée représente une composante vitale de la cognition humaine. Un constat important doit cependant être noté : l'Homme est incapable de maintenir indéfiniment un état stable d'attention focalisée. Cette incapacité est mise en évidence pendant les tâches d'attention soutenue par l'apparition progressive de déficiences sensori-motrices au cours du temps. L'impulsivité motrice augmente alors, ainsi que le temps de réponse aux stimuli impératifs, et la sensibilité perceptive diminue. À l'heure actuelle, les bases neuronales du phénomène restent très peu connues et ce manque de connaissance est clairement perceptible au sein de deux champs disciplinaires - les Neurosciences Cognitives et l'Ingénierie Cognitive. En Neurosciences Cognitives, la question demeure ainsi posée : pourquoi l'Homme est-il incapable de maintenir un niveau de performance sensori-motrice optimal au cours de tâches d'attention soutenue ? En Ingénierie Cognitive, la problématique concerne le développement d'Interfaces Cerveau-Machine (ICM) passives : identifier les marqueurs neuronaux des déficits d'attention permettrait, à terme, de suivre en temps réel l'état cognitif de l'Homme et de l'alerter de la survenue de ces déficits durant son activité. Ces deux problématiques ont été traitées dans cette thèse. Dans un premier temps, je démontre que le maintien d'une attention focalisée sur une stimulation visuelle entraîne une rapide inhibition des aires visuelles corticales. Cette inhibition sensorielle serait liée à l'absence de variation de la stimulation sensorielle. Ainsi, l'inhibition sensorielle serait bénéfique au cours de tâches de recherche visuelle : elle permettrait à l'Homme d'éviter de réexaminer plusieurs fois le même stimulus, le même objet, la même localisation spatiale; mais lorsqu'une attention soutenue est requise, ce mécanisme serait alors à l'origine de l'apparition de déficiences sensorielles. La présence de cette inhibition sensorielle apporte une explication probante à la diminution de sensibilité perceptive et à l'allongement du temps de réaction qui caractérisent le phénomène. Je montre ensuite que l'activité de structures neuronales motrices et d'aires corticales connues pour sous-tendre l'attention focalisée (i.e., tractus cortico-spinal, et aires corticales motrice primaire, préfrontale et pariétale droite) augmente progressivement au cours d'une tâche d'attention soutenue. Ce sur-engagement reflèterait un processus de compensation en réponse au désengagement préalable des aires corticales sensorielles et à la diminution de la qualité des représentations perceptives. Aussi, l'augmentation d'activité des structures neuronales motrices expliquerait l'augmentation de l'impulsivité motrice, une des signatures comportementales des déficits d'attention. Dans un second temps, je teste la possibilité d'exploiter ces corrélats neuronaux des déficits d'attention afin de discriminer deux états attentionnels donnés (i.e., avec ou sans déficits d'attention) au sein d'une ICM passive. Nous avons pour cela appliqué des méthodes de classification supervisées sur des données de spectroscopie proche infra-rouge reflétant l'activité hémodynamique des aires corticales préfrontale et pariétale enregistrées pendant une tâche d'attention soutenue. Nous rapportons des résultats encourageant en termes de performance de classification pour le futur développement d'ICM passives. Pris ensemble, les résultats décrits dans cette thèse apportent une meilleure compréhension des corrélats neuronaux des déficits d'attention et montrent comment cette connaissance peut être exploitée afin de développer des systèmes permettant de limiter la survenue d'accidents et d'incidents liés à l'erreur humaine dans un contexte écologique. / Focused attention represents a high-level cognitive function enabling humans to selectively facilitate specific actions and perceptions. In a world full of choices of action, and of perceptual possibilities, focused attention appears to be a vital component of human cognition. One observation however, is worth making: human-beings are unable to maintain stable states of focused attention indefinitely. This inability manifests during sustained attention tasks with the progressive occurrence of sensory-motor deficiencies with time-on-task. The phenomenon - called attention decrement - is characterized by increases in motor impulsivity and in response times to imperative events, and by a reduction in perceptual sensitivity. So far, the neural underpinnings of attention decrement have not been fully elucidated and this lack of knowledge is clearly palpable within two disciplinary fields : Cognitive Neuroscience and Cognitive Engineering. In Cognitive Neuroscience, the associated question is why are human-beings unable to maintain an optimal sensory-motor performance during sustained attention tasks? In Cognitive Engineering, the lack of a complete scientific understanding of attentional issues impacts the development of efficient passive Brain-Computer interfaces (BCI), capable of detecting the occurrence of potentially dangerous attention decrements during the performance of everyday activities. Both issues have been addressed in this thesis. In terms of Cognitive Neuroscience, I demonstrate that sustaining focused attention on a visual stimulation rapidly leads to an inhibition of the visual cortices. This sensory inhibition can be causally related to the lack of changes in perceptual stimulation typically characterizing sustained attention tasks. While the mechanism may be beneficial during visual search tasks as it helps humans avoid processing the same stimulus, the same object, the same location several times, it can lead to the occurrence of sensory deficiencies when sustained attention is required. As such, the sensory inhibition provides a compelling explanation as to the decrease in perceptual sensitivity and to the increase in reaction time that typify attention decrement. I show in a second study that attention decrement is associated with an increase in the activity of motor- and attention-related neural structures (i.e., cortico-spinal tract, primary motor, prefrontal and right parietal cortices). This excessive engagement reflects a compensatory process occurring in response to the sensory disengagement already highlighted and to the related degradation of the quality of perceptual representations. It is notable that the excessive engagement of the motor neural structures with time-on-task provides a potential explanation for the increase in motor impulsivity typifying attention decrement. In terms of application of these new findings, I investigated the potential of exploiting these neural correlates of attention decrement to discriminate between two different attentional states (i.e., with or without attention decrement) through a passive BCI system. To do so, we applied supervised classification analyses on near-infrared spectroscopy signals reflecting the hemodynamic activity of prefrontal and parietal cortices as recorded during a sustained attention task. We achieved relatively promising classification performance results which bode well for the future development of passive BCI. When considered together, the results described in this thesis contribute towards a better understanding of the neural correlates of attention decrement and demonstrate how this novel knowledge can be exploited for the future development of systems which may enable a reduction in accidents and human error-driven incidents in real world environments.

La maladie de Parkinson (MP) est une maladie neurodégénérative caractérisée par une perte dopaminergique (DA) de la voie nigro-striée. Cette dégénérescence des neurones DA, induit un déséquilibre entre les transmissions dopaminergique, GABAergique et glutamatergique au sein des ganglions de la base qui se traduit par des troubles de l'excitabilité neuronale aboutissant à l'apparition des symptômes moteurs et non-moteurs. Nous avons étudié l'effet de la modulation des canaux SK et Kv4 par des toxines issues de venins d'animaux. Pour ce faire, nous avons utilisé deux modèles lésionnels à la 6-hydroxydopamine (6-OHDA): une lésion bilatérale partielle du striatum mimant la phase précoce de la MP pour tester les déficits cognitifs et émotionnels, et une lésion unilatérale totale au niveau de la substance noire mimant la rigidité et la bradykinésie en phase tardive pour tester les déficits moteurs. Nos résultats montrent que le blocage des canaux SK par l'apamine (injection systémique, 0.1-0.3 mg/kg) améliore partiellement et transitoirement les déficits moteurs dans le test du cylindre et la rotation induite par l'apomorphine dans le modèle tardif de la MP. L'AmmTX3 (injection intrastriatale, 0.2-0.4 g), réduit les déficits moteurs et restaure des comportements cognitifs déficitaires (mémoire sociale et spatiale à court terme) et émotionnels (anxiété), après une dégénérescence DA bilatérale et partielle. L'ensemble de ces données suggère que l'inhibition pharmacologique de l'activité des canaux SK par l'apamine et Kv4 par l'AmmTX3, pourrait représenter une voie thérapeutique innovatrice quant au traitement des déficits moteurs, cognitifs et émotionnels de la MP. / Parkinson's disease (PD) is a neurodegenerative disease associated to a loss of dopaminergic nigrostriatal pathway that innervates the basal ganglia (GB). The DA neuron degeneration in PD induces imbalance between dopaminergic transmission, GABAergic and glutamatergic resulting in impaired neuronal excitability leading to the onset of motor and non-motor symptoms. Potassium channels, Kv4 and SK, are extensively involved in the phenomenon of neuronal excitability. We addressed the question of whether further blockade of SK or Kv4 activity could restore normal GB function in vivo. In this aim, we used a neurotoxin, 6-hydroxydopamine (6-OHDA) to produce two lesional models of Parkinson's disease in rats that mimics the cognitive and emotional deficits of the early phase of PD (partial and bilateral striatal lesions) and the motor deficits observed in the late phase of the disease (total unilateral nigral lesion). Apamin from bee venom (systemic injection, 0.1-0.3 mg/kg) and AmmTX3 from scorpion venom (intrastriatal injection, 0.2-0.4 g) were chosen to block SK and Kv4 channels respectively.In a first study, apamin treatment partially reduced motor deficits in the cylinder test and the rotation induced by apomorphine. In the second study, the AmmTX3 also decreased parkinsonian motor deficits. This late toxin restored cognitive behaviors (short-term social and spatial memory) and emotion (anxiety).Taken together, these results underlie the importance of SK channels as modulators of neuronal excitability of Kv4 channels as players of the homeostatic responses, and more importantly, provide potential targets for adjunctive therapies for Parkinson's disease.

Le système immunitaire est particulièrement dépendant des mécanismes de réparation de l’ADN, en effet le développement du système immunitaire adaptatif nécessite certains mécanismes de réparation de l’ADN, lors de la recombinaison V(D)J et lors de la commutation de classe des immunoglobulines. De plus, le système hématopoïétique est par sa nature très sensible aux lésions spontanées de l’ADN. Il existe chez l’homme de nombreux déficits immunitaires directement liés à un défaut de réparation de l’ADN. L’identification du gène responsable est importante pour un conseil génétique familial approprié et pour la prise en charge médicale. Nous avons accès aujourd’hui à de puissants outils de dépistage génétique grâce au séquençage à haut débit et la liste des gènes responsables d’un déficit immunitaire s’allonge de plus en plus en rapidement. La première partie de ce travail porte sur la mise au point d’un nouvel outil de dépistage rapide des déficits de la réparation de l’ADN, en particulier dans le cas de déficit immunitaires. Ce test est fondé sur l’observation d’un biais du répertoire du TCRdes lymphocytes T circulants lorsque les thymocytes ont une durée de vie diminuée, or un défaut de réparation de l’ADN entraîne une diminution de la survie thymocytaire. Nous avons mis au point deux techniques, par biologie moléculaire et par cytométrie en flux, pour détecter un éventuel biais du répertoire du TCRα et évaluer la pertinence de ce test dans les déficits immunitaires liés à un défaut de réparation de l’ADN. Un biais a notamment été détecté dans les cas de déficit en facteur du NHEJ et en ATM. Nous avons également établi en collaboration avec le service d’Immunologie Clinique de l’hôpital Saint-Louis une cohorte de patients atteints de déficit immunitaire commun variable (DICV) dont la présentation clinique est évocatrice d’un défaut de réparation de l’ADN. Une série de test fonctionnels de dépistages de déficit de la réparation de l’ADN ainsi que des analyses génétiques (CGH array, séquençage complet de l’exome) ont été fait chez ces patients afin d’identifier de nouveaux gènes impliqués dans les DICV. Parmi les 18 patients analysés, dans 5 cas on retrouve une sensibilité cellulaire accrue aux agents génotoxiques et chez 15 patients, un gène candidat a été identifié. Ces résultats sont encore préliminaires et la caractérisation génétique et fonctionnelle des mutations identifiées sera poursuivie par notre équipe. Pour finir, nous avons entrepris l’exploration génétique et fonctionnelle de deux mutations identifiées chez une jeune patiente atteinte de déficit immunitaire combiné (CID) associé à un syndrome lymphoprolifératif et une auto-immunité, et chez qui une hypersensibilité cellulaire à la Mitomycine C, agent pontant de l’ADN, a été détectée. La première mutation a été identifiée dans le gène ELKS qui code pour un facteur impliqué dans la réparation de l’ADN. La complémentation fonctionnelle de ce gène prouve l’implication de cette mutation dans l’hypersensibilité des cellules de la patiente à la MMC. Nous avons développé un modèle murin KO conditionnel de ce gène dans les cellules hématopoïétiques qui n’a pas montré de défaut de développement du système immunitaire. La deuxième mutation identifiée se situe dans le gène BACH2 codant pour un répresseur transcriptionnel très impliqué dans le développement du système immunitaire. Les souris KO pour ce gène ont un phénotype proche du déficit immunitaire décrit chez cette patiente. Les investigations de cette mutation sont en cours chez elle et chez les membres de sa famille également porteurs de la mutation. / The immune system is particularly dependent on DNA damage response (DDR) pathways. The development of the adaptive immune system requires certain DDR mechanisms, in particular during the V(D)J recombination and during class switch recombination (CSR), furthermore, the hematopoietic system is very sensitive to spontaneous DNA lesions. Therefore, there are many immune deficiencies in human directly related to a DDR deficiency. The identification of the responsible gene is important for appropriate genetic counseling. Today, we have access to powerful genetic screening tools, in particular next generation sequencing (NGS) and the list of genes responsible for immune deficiency is growing rapidly. The first part of this work focuses on the development of a new screening tool for DDR defects, in particular in the case of immune deficiency, and evaluation of clinical interest. This test is based on the observation of a bias of the TCRα repertoire in circulating T lymphocytes when thymocytes lifespan is diminished and we know that DDR defect causes decreased thymocyte survival. We have developed two techniques, by molecular biology and by flow cytometry, to detect a potential bias of the TCRα repetoire and assess the suitability of this test in some immunodeficiencies linked to a DDR defect. A significant bias was detected in the case of ATM and NHEJ factor deficiency. Furthermore, we have established a cohort of patients suffering from common variable immunodeficiency (CVID) with a clinical presentation highly suggestive of DDR defect, in collaboration with the Clinical Immunology Service of Hôpital Saint-Louis (Paris). Functional test for DDR defect and genetic analysis (CGHarray, whole exome sequencing) were performed in these patients to identify new genes involved in CVID. Among the 18 patients analyzed until now, five cases of cellular sensitivity to genotoxic agents have been detected and a candidate gene was identified in 15 of them. These results are still preliminary and our team will pursue genetic and functional characterization of the identified mutations. Finally, we undertook genetic and functional exploration of two mutations identified in a young patient with combined immunodeficiency (CID) associated with a lymphoproliferative disease and autoimmunity, and in whom a cellular hypersensitivity to mitomycin C, a DNA crosslinking agent, was detected. The first mutation was identified in the ELKS gene, which codes for a factor involved in DNA repair. Functional complementation of this gene demonstrates the involvement of this mutation in the hypersensitivity of patient’s cells to MMC. We have developed a conditional knockout mouse model of this gene in hematopoietic cells that did not show any defect in development of the immune system. The second mutation was identified in BACH2 gene encoding a transcriptional repressor involved in the development of the immune system. Knockout mice for this gene have a similar phenotype to the immune deficiency described in this patient. Investigations on this mutation are ongoing in the patient and among family members that also carry the mutation.

Le risque de LH est augmenté en cas de déficit immunitaire acquis ou inné. Les déficits immunitaires innés associés à un risque accru de LH, sont les DICV (Déficit Immunitaire Commun Variable), XLP (Syndrome lymphoprolifératif lié au chromosome X) et ALPS (Syndrome lymphoprolifératif Autoimmun). L’objectif de notre travail était d’évaluer la prévalence de ces déficits immunitaires chez des enfants atteints de LH. Nous avons reçu, 395 prélèvements de patients atteints de LH au diagnostic. L’âge médian de la population étudiée est de 13 ans, allant de 3 à 18 ans. Le sex-ratio M/F est de 1.1. Il augmente à 3 au dessous de l’âge de 10 ans. Parmi les biopsies (n=84) qui ont été relues, 87% sont de type scléro-nodulaires (SN), 7% à cellularité mixte (CM) et 6% non spécifié. L’EBV est détecté in situ dans 23% des cas de LH. Les patients atteints de LH-EBV+ sont significativement plus jeunes que ceux atteints de LH-EBV- (p=3.10-4). Ce sont plus fréquemment des garçons que des filles (63% ; M/F : 1,7) et fréquemment de sous-type CM (40%). Enfin, ils ont une charge virale EBV significativement plus élevée (p=3.10-3) que les enfants qui ont un LH-EBV-.Parmi les 83 premiers enfants analysés, un immunophénotypage approfondi a montré une diminution de la population lymphocytaire par rapport aux témoins et une lymphopénie B fréquente (31 patients sur 83 soit 37% des patients). La lymphopénie B était corrélée aux facteurs pronostiques connus du LH. Dans un cas parmi les 31, une baisse des immunoglobulines a été mise en évidence ce qui est évocateur de DICV. Nous avons montré que dans les autres cas, les lymphopénies se corrigeaient à distance de la maladie. La recherche de profil cytokinique associé à ces lymphopénies (TGF, BAFF, IL-7) n’a pas permis de mettre en évidence de mécanisme physiopathologique simple pour expliquer ces lymphopénies. Nous émettons l’hypothèse qu’elles sont liées à l’exposition au contact des cellules tumorales à des signaux favorisant l’apopotose.En ce qui concerne la recherche d’autres déficits immunitaires innés, aucun cas évocateur de XLP n’a été mis en évidence sur la base de la quantification des lymphocytes NKT. Cinq cas parmi les 83 (6%) avaient une expansion de lymphocytes T DN (Lymphocytes TCRαβ CD4-CD8-) dans le sang périphérique. Des dosages de Fas ligand et d’IL-10 plasmatiques ont permis d’exclure un ALPS. Au total, nous n’avons pas pu affirmer de défaut qualitatif des sous-populations lymphocytaires évoquant les déficits immunitaires de type XLP et ALPS. Seule une lymphopénie B avec baisse des IgG est évocatrice de DICV. Nous avons étendu l’analyse à l’ensemble des patients (395patients) avec un contrôle à distance du diagnostic pour ceux qui étaient anormaux. Nous avons identifié 4 patients potentiellement atteints de DICV, 1,5%. Parallèlement, nous avons recherché un déficit de la réponse T anti-EBV par cytomètrie de flux et l’Elispot. L’étude de la réponse T anti-EBV par la cytométrie de flux, a montré une tendance vers une baisse de la production d’IL-2 par les CD4 et les CD8 de patients avec une charge virale EBV élevée en réponse à une stimulation par des peptides EBV en présence de lignées autologues. L’étude de la réponse T anti EBV par la technique d’ELISPOT sur 9 patients n’a pas montré globalement de déficit du contrôle de l’EBV sauf pour une jeune patiente de 10 ans ayant une charge virale EBV très élevée sans réponse T anti-EBV efficace. Les résultats que nous avons obtenus restent à approfondir, ce qui permettra d’enrichir les connaissances actuelles sur cette pathologie. / Hodgkin’s Lymphoma (HL) is one of the most frequent lymphomas occurring in childhood. In young children, there is a high predominance in boys and frequent association with Epstein-Barr Virus (EBV). Cohort studies have shown that patients affected by several immune deficiency syndromes - e.g. X-linked lymphoproliferative syndrome (XLP), functional deficit of Fas/FasL pathway and common variable immunodeficiency (CVID) - are risk factors of HL. We intend to search for qualitative and quantitative immune deficiencies as susceptibility factors to child's HL in a prospective study related to Euronet –PHL C1 protocol. Eighty-three patients at diagnosis of HL have been analysed. Median age of the study population is 13 years, (5-18 years). Gender-ratio M/F is 1.1 with a larger male predominance before the age of 10 (gender-ratio of 3). The search for a defect of NKT population that would be suggesting of XLP was negative in all patients. A moderate expansion of circulating TCRαβ+ double negative cells (DNT) has been detected in 5 patients. This expansion has been further explored in the hypothesis of a defect of Fas/FasL pathway by plasmatic quantification of Fas ligand and Il-10. This led to the exclusionof the diagnosis of ALPS. An unexpected high frequency of B-cell lymphopenia has been detected in 31 out of 83 patients (37%). Peripheral B cell lymphopenia was associated with the following poor prognostic factors: advanced stages (p<0.04), low hemoglobin (p<0.06) and B symptoms (p<0.01). B-cell lymphopenia was not statistically correlated with morphology (subtype, amount of tumor cells and necrosis). Remarkably, B-lymphocytic counts were significantly higher in patients with in situ EBV (<0.05).Only a B lymphopenia with low IgG level suggesting DICV was detected. We extended the analysis to all the 395 patients included in the protocol EURONET, so we identified 4 patients with CVID. These cases will be further explored by molecular analyses. In parallel, the specific T-cells response against EBV was studied by flow cytometry in 15 patients and ELISPOT assay in 9 patients with HL. Flow cytometry , suggested a decrease in production of IL-2 by CD4 T cells in patients with high EBV viral load in response to EBV latent and lytic-cycle peptides and autologous lymphoblatoid cells lines compared to controls or patients with LH-EBV-. The ELISPOT-IFNγ assay was used to determine the frequency of T cells that produced IFNγ in response to peptides. One patient demonstrated inappropriate EBV-specific T-cell IFNγ production (<10 IFNγ secreted T cells and >1,000 EBV copies per 250000 PBMCs). These cases will be further explored by molecular analyses.Our findings confirm the known epidemiological data of HL now mainly associated to NS subtype in children and adolescents and EBV status in HL at this age. We show that peripheral B cell lymphopenia in paediatric and adolescent HL patients is frequent and associated with poor prognosis factors. We confirm the association between CVID and HL.