The focus of this project falls largely within the realm of investigating the development of brain-cognition relations from a developmental cognitive neuroscience perspective. There were two main goals of this study. First, this study focused on the regional differences in baseline-to-working memory task brain electrical activity and specifically investigated the hypothesis that there would be an increasing specificity of task EEG power between 3½ and 4½ years of age. The second goal of this study was to investigate the sources of variability in working memory function and to specifically examine the contributions of task-related EEG, the regulatory dimensions of temperament, and linguistic ability to the prediction of working memory performance. This second study objective included an investigation of the relation between working memory and each of these variables (1) separately, (2) in conjunction with age, and (3) collectively to examine any multivariate contributions to the explanation of variance in working memory function in early childhood. The results of this study provided some support to the increasing specificity of baseline-to-task EEG power hypothesis. Specifically, an increase in brain electrical activity was found for four scalp regions at age 4 and only two regions at age 4½. These findings coupled with previous work indicating an increase in task brain electrical activity for only one region at age 4½ suggest that cortical specialization is occurring during the early childhood years. With regard to the investigation of sources of variability working memory function, age, brain electrical activity, temperament, and linguistic functioning were all found to be meaningful variables in the explanation of variance in working memory. However, linguistic functioning " and specifically language receptivity " was found to be the strongest and most meaningful associate of working memory function. Additional findings of interest included the differential associations demonstrated between working memory and temperament for each age group and also an increase in the strength of the relation between working memory and language across the three ages. / Ph. D.

Temporal context memory is memory for the timing of events. People can make temporal judgments based on strategies such as assessing the relative familiarity of events or inferring temporal order from the semantic associations among events. The purpose of present study is to investigate the brain regions that support temporal context retrieval in the absence of such non-temporal strategies (i.e. pure temporal context memory). We used three word familiar phrases (triplets) as stimuli. In study phase, three words were presented quickly one after another in either familiar or scrambled order. Participants were instructed to read aloud each word and try to remember the order of the words. Then they were tested on their memory for the order of the words in each triplet. We propose that memory for the scrambled triplets reflects primarily temporal retrieval for two reasons. First, participants were prevented from using semantic strategies during encoding. Second, the relative familiarity of the words in each triplet was similar and not diagnostic of the order of the words during encoding. Neuroimaging results indicate that temporal context retrieval, memory for the order of words in scrambled triplets, was associated with the hippocampus, parahippocampal cortex, ventromedial prefrontal cortex, retrosplenial cortex, and posterior cingulate, which are consistent with the retrieval of non-temporal context in episodic memory. The results also suggest that temporal context retrieval could rely on familiarity, which was demonstrated by the higher accuracy and greater activation of PRc in familiar phrases and scrambled triplets presented in studied order in the test phase. / Master of Science

Le lobe temporal est classiquement divisé en deux systèmes fonctionnels: la voie visuelle ventrale et le système mnésique temporal médial. Cependant, cette séparation fonctionnelle a été remise en question par plusieurs études suggérant que le lobe temporal médial serait mieux compris comme une extension de la voie visuelle ventrale hiérarchiquement organisée. Le but de cette thèse était d’étudier le rôle perceptivo-mnésique du lobe temporal médial. Nous avons ainsi voulu tester à l’aide d’enregistrement électro-encéphalographiques intracérébraux (SEEG) si : (i) les régions médiale, ventrale et latérale du lobe temporal pouvaient être regroupées dans des ensembles fonctionnellement distincts et, (ii) quelles régions étaient à l’interface de ces ensembles fonctionnels. Pour répondre à ces questions, nous avons étudié la connectivité effective dérivée de potentiels évoqués cortico-corticaux issus de stimulations électriques de faible intensité et de basse fréquence (0.5mA, 1Hz, 4ms) réalisées chez 16 patients atteints d’épilepsies pharmaco-résistantes temporale ou temporo-occipitale, lors de leur évaluation pré-chirurgicale par la surveillance à long terme des activités intracérebrales électro-encéphalographiques. Onze régions d'intérêt ont été délimitées au sein du lobe temporal en fonction de repères anatomiques tels que les gyri et sulci. Un modèle de connectivité effective au sein du lobe temporal a été extrait, basé sur les caractéristiques électrophysiologiques des potentiels évoqués cortico-corticaux, telles que les occurrences, amplitudes et latences des pics de la première composante du potentiel évoqué. Le modèle a été discuté du point de vue d’une organisation fonctionnelle globale du fait de la non-indépendance de ses caractéristiques électrophysiologiques. L’amplitude et la latence des potentiels évoqués ont montré des distributions de probabilité cohérente avec les observations de transfert d'informations cognitive. La théorie des graphes nous a fourni des algorithmes pouvant extraire les caractéristiques pertinentes du réseau, telles que la centralité des régions, leur ségrégation fonctionnelle ou les voies d’interaction entre les sous-ensembles fonctionnels des régions du lobe temporal. En particulier, le cortex rhinal est apparu comme la structure la plus centrale du lobe temporal alors que le gyrus temporal supérieur était la moins centrale. Le lobe temporal médial a pu être ségrégué en un ensemble fonctionnel à part entière. Le pôle temporal est apparu comme une zone de convergence et de transfert de l’information provenant des structures du lobe temporal latéral vers les structures médiales. Le gyrus fusiforme antérieur a montré des caractéristiques d’interface duale de convergence d’afférences néocorticales et de rétrocontrôle issu des structures médiales. Par ailleurs, l'hippocampe a montré un rôle d’amplificateur du signal des afférences néocorticales passant par l’amygdale et le cortex rhinal, pour être redistribuée vers les structures limbiques. L’hippocampe postérieur se comportait comme une voie de sortie des structures médiales modulant le gyrus parahippocampique postérieur de manière quasi-unidirectionnelle. Notre étude fournit un modèle régional ou macroscopique du transfert de l’information électro-physiologique au sein du lobe temporal humain. Nos résultats ont été discutés à la lumière des modèles cognitifs actuels de ‘complétion de l’information’ et du ‘binding temporel’ / The temporal lobe is conventionally divided into two functional systems: the ventral visual pathway and the medial temporal mnemonic system. However, this functional separation has been questioned by several studies suggesting that the medial temporal lobe would be better understood as an extension of the ventral visual pathway hierarchically organized. The aim of this thesis was to study the perceptive-mnestic role of the medial temporal lobe. We have tested using intracerebral EEG recordings (SEEG) if (i) the medial, lateral and ventral regions of the temporal lobe could be grouped into functionally distinct modules and, (ii) which areas were at the interface of these functional modules. To answer these questions, we studied the effective connectivity derived from cortico-cortical evoked potentials elicited by electrical stimulations from low intensity, low frequency (0.5mA, 1Hz, 4ms) conducted in 16 patients with drug-resistant temporal or temporo-occipital epilepsies at their pre-surgical long-term monitoring of intracerebral electroencephalographic activity. Eleven regions of interest were defined within the temporal lobe based on anatomical landmarks such as gyri and sulci. We built an effective connectivity model within the temporal lobe, based on the electrophysiological characteristics of cortico-cortical evoked potentials, such as the occurences, latencies and amplitudes of the peaks of the first component of the evoked potential. The model was discussed from the perspective of a global functional organization due to the non-independence of its electrophysiological characteristics. The amplitude and latency of the evoked potentials showed consistent probability distributions with the information transfer in cognitive observations. Graph theory has provided algorithms that can extract the relevant characteristics of the network, such as the centrality of the regions, their functional segregations or the ways of interaction between functional subsets of the regions within the temporal lobe. In particular, the rhinal cortex appeared as the most central structure of the temporal lobe whereas the superior temporal gyrus appeared as the less central. The medial temporal lobe could be segregated as a functional module by itself. The temporal pole appeared as a convergence area of the information transfer from the lateral temporal lobe structures to the medial structures. Anterior fusiform gyrus acted as a dual interface of convergence of neocortical afferences and feedback from medial structures. Furthermore, the hippocampus behaved as an amplifier of neocortical afferent signal passing through the amygdala and the rhinal cortex, and redistributed this amplification to the limbic structures. The posterior hippocampus acted as a way out of the medial structures modulating the posterior parahippocampal gyrus in a almost unidirectional manner. Our study provides a regional or macroscopic model of the transfer of electro-physiological information within the human temporal lobe. Our results were discussed in line with current cognitive models of 'pattern completion' and 'temporal binding'

by Tracy Man-kiu Ma. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 1999. / Includes bibliographical references (leaves 48-61). / Abstract and appendix in English and Chinese. / ABSTRACT --- p.ii / ACKNOWLEDGEMENTS --- p.iii / TABLE OF CONTENTS --- p.iv / LIST OF TABLES --- p.vi / LIST OF FIGURES --- p.vii / LIST OF APPENDICES --- p.viii / Chapter CHAPTER ONE- --- INTRODUCTION / Mesial temporal lobe and its sequel of damages --- p.1 / Mesial temporal lobe pathologies --- p.2 / Memory assessment instruments and the Hong Kong List Learning Test --- p.4 / The receiver operating characteristics (ROC) analysis --- p.6 / Purpose of the present study --- p.7 / Chapter CHAPTER TWO- --- METHOD / Participants --- p.9 / Materials --- p.10 / Procedure --- p.13 / Statistical analysis --- p.15 / Chapter CHAPTER THREE - --- RESULTS / Memory Profiles of NPC Patients with bilateral temporal lobe lesions --- p.18 / Receiver operating characteristics (ROC) analysis for test performance --- p.26 / Validity and reliability --- p.33 / Chapter CHAPTER FOUR - --- DISCUSSION / The clinical utility of the blocked condition --- p.39 / Optimal cutoff scores for sensitivity and specificity --- p.40 / Memory profiles of NPC patients and its implications --- p.42 / Limitations --- p.45 / Conclusions --- p.46 / REFERENCES --- p.48 / APPENDICES --- p.62

Durant leur cycle de vie, les insectes doivent faire face à différents perturbateurs pour réussir à survivre et à se reproduire. L’utilisation de plus en plus répandue des insecticides néonicotinoïdes, en raison de leur grande efficacité, a conduit à l’accumulation de résidus dans l’environnement. Ceux-ci ont certainement un effet additif toxique sur les insectes cibles. Cependant il a été montré que ces résidus peuvent aussi avoir un effet positif non désiré sur certains traits de vie des insectes ravageurs.Dans ma thèse, j’ai étudié les effets d’un insecticide néonicotinoïde sur le système olfactif d’un insecte ravageur, la noctuelle Agrotis ipsilon. Nos résultats montrent que l’exposition aigüe des mâles à des faibles doses de clothianidine modifie leurs réponses comportementales à la phéromone sexuelle: une baisse est observée à la dose 0,25 ng/insecte (<DL0) alors que la doses de 10 ng (DL20) induit une augmentation de la réponse chez les adultes naïfs ou pré-exposés à la phéromone. Cet effet biphasique à faible et très faible dose s’apparente à un effet hormétique et les modifications observées sont corrélées avec des changements de sensibilité du système olfactif central et non périphérique. Nous émettons l’hypothèse que la clothianidine agirait sur l’expression des sous-unités des récepteurs nicotiniques pour lesquels elle joue le rôle d’agoniste, changeant leur affinité pour l’acétylcholine et perturbant ou améliorant la transmission synaptique des signaux sensoriels selon la dose. Nos résultats montrent que la prise en compte d’effets de doses sublétales d’insecticides est essentielle non seulement pour les insectes non cibles, mais aussi des insectes cibles. / Insects face a multitude of environmental stresses, which they have to bypass in order to survive and reproduce. The extensive use of neonicotinoid insecticides, because of their high efficiency, leads to the accumulation of residues in the environment, which can have an additive toxic effect on target insects. However, such residues can also have unwanted positive effects on certain life traits of pest insects. In my thesis I studied the effects of a neonicotinoid insecticide on the olfactory system of the pest insect Agrotis ipsilon. Our results show that acute oral treatments of males with low doses of clothianidin modify their behavioural responses to the sex pheromone: a treatment with 0.25 ng/moth (<LD0) induces a decrease of pheromone responses whereas intoxication with 10 ng/moth (LD20) leads to an increase in the capacity of naive and pre-exposed males to locate a pheromone source as compared to controls. We propose that this biphasic effect, with low dose stimulation and very low dose inhibition is an hormeticlike effect, that is correlated with sensitivity changes within the central, but not the peripheral olfactory system. We hypothesize that the observed modifications might be due to a differential effect of clothianidin on the expression of different subunits of nicotinic acetylcholine receptors, which might change the affinity of the receptors for acetylcholine, and thus disturb or improve synaptic transmission of sensory signals as a function of the insecticide dose. Our results show that effects of sublethal doses of insecticides need to be taken into account not only for non-target, but also for target insects when evaluating pest management strategies.

Cette thèse a pour thème l'étude les mécanismes neurocognitifs impliqués dans la détermination de la latéralité intrinsèque d'objets. Dans une première étude, nous avons montré qu'une projection de son propre schéma corporel sur un objet est nécessaire pour en différencier la gauche de la droite. Cette inscription corporelle fut observée aussi bien pour des stimuli humains que non humains, suggérant que la présence d'axes intrinsèques à l'objet est suffisante pour y permettre la projection du corps. Une seconde étude nous a permis de mieux comprendre les mécanismes neuronaux de l'inscription corporelle, en utilisant une tâche de comparaison de formes identiques ou miroir différemment orientées. Les stimuli étaient soit des corps humains, soit des assemblages de cubes. La magnetoencephalographie (MEG) révéla une implication du lobe pariétal supérieur gauche dans l'incarnation et la transformation spatiale des deux stimuli. Par ailleurs, une contribution de l'aire motrice supplémentaire fut observée dans le cas des cubes. Ainsi, nous proposons de considérer le lobe pariétal supérieur comme le substrat neural d'un émulateur utilisant le schéma corporel afin d'encoder la latéralité d'un objet et de prédire les conséquences visuelles d'une transformation spatiale. La contribution additionnelle de l'aire motrice supplémentaire a probablement facilité la transformation de formes non familières, par l'envoi d'une commande motrice à l'émulateur visant à accroître la cohérence de l'objet tourné mentalement. Ces interprétations supportent l'idée d'une cognition incarnée dans les actions corporelles. / The aim of this thesis was to study the neurocognitive mechanisms implicated in the determination of objects intrinsic handedness. In a first study, we evidenced that distinguishing the left from the right of an object requires a mental projection of the body schema onto the stimulus. This embodiment process occured for human and non human stimuli as well, suggesting that the mere presence of intrinsic axes on stimulus enables the bodily projection. In a second study, we explored the neural mechanisms underlying embodiment in a handedness shape matching task, using human bodies and cubes assemblies as stimuli with different orientations. Magnetoencephalography (MEG) revealed that the left superior parietal lobe participated in the embodiment and spatial transformation of both stimuli. In addition, we observed a contribution of the supplementary motor area for cube assemblies specifically. Therefore, we consider the superior parietal lobe as the neural substrate of an emulator processing the body schema to encode handedness and to predict the visual consequences of a spatial transformation. Besides, the additional contribution of the supplementary motor area probably helped the spatial transformation of unfamiliar shapes by backpropagating a motor command to the emulator to increase cohesiveness of the mentally rotated object. These interpretations support the grounding of cognition in bodily actions.

Memory impairments are common in individuals with temporal lobe epilepsy (TLE). This is understandable given that temporal lobe brain structures involved in TLE play a central role in encoding memories. It is widely accepted that individuals whose seizure focus is in the left temporal lobe (LTLE) tend to have verbal memory impairments, whereas individuals whose seizure focus is in the right temporal lobe (RTLE) tend to have visuospatial memory impairments. However, evidence of functional subdivisions within the left and right temporal lobes in both the animal and human literature suggest that more specific subtypes of memory impairment may exist in TLE based on differences in seizure foci. The aim of this study was to identify more specific subtypes of memory-impairments in patients with intractable TLE using several measures of memory functioning and cluster analysis. Identification of more specific memory subtypes in TLE could have prognostic significance for patients and contribute to our knowledge about the organization of memory systems of the human brain. Four memory subtypes were identified in this sample: 1) patients with mild to moderate figural memory deficits; 2) patients with moderate to severe figural memory deficits, mild facial recognition deficits, and mild attention/concentration deficits; 3) patients with severe figural memory deficits and mild verbal episodic memory deficits; and 4) patients with no episodic or semantic memory deficits. Unexpectedly, the subtypes found did not exhibit the expected pattern of verbal memory impairments with left temporal lobe damage/dysfunction or visuospatial memory impairments with right temporal lobe damage/dysfunction. However, consistent with the literature, there was a trend towards some clusters with better verbal memory having higher left hippocampal volumes; and a trend towards one cluster with facial recognition deficits having lower anterior temporal lobe volumes. Small sample sizes in this study limited the ability to clearly validate many of the cluster differences, particularly differences in brain volumes. Nevertheless, the results of this study support the hypothesis that subtypes of memory impairment do exist in patients with TLE. With larger sample sizes, it is plausible that additional subtypes may be found, or the characteristics of the subtypes found may become clearer.

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

Le carisbamate est la 1ère molécule à avoir un effet modificateur de l’épileptogenèse, dont environ 50% des animaux traités développent des crises d’absence, au lieu des crises limbiques normalement observées dans le modèle de la pilocarpine. Le principal objectif de cette thèse a été celui d’étudier les altérations qui se produisent par le traitement par le carisbamate. Pour cela nous avons effectué une cartographie de l’activité cérébrale, avec un immunomarquage de la protéine c-Fos, et nous avons vérifié les concentrations des monoamines et acides aminés dans l’hippocampe, le thalamus et dans le cortex piriforme par HPLC, 4h après le début du status epilepticus (SE). Enfin, nous avons vérifié le profil d’expression protéique dans l’hippocampe, 2 mois après le SE par électrophorèse bidimensionnelle.Les résultats indiquent que le carisbamate augmente l’activité des noyaux MD et LD du thalamus. Les résultats suggèrent aussi que la dopamine, la noradrenaline, le GABA et la sérotonine peuvent participer à la significative neuroprotection et à l’effet modificateur de l’épileptogenèse du carisbamate. L’étude de protéomique suggère également une réduction globale du métabolisme énergétique cellulaire chez les rats traité par le carisbamate qui développent des crises d’absence. / The carisbamate is the 1st molecule showing an epileptogenesis modifying effect, that about 50% of treated animals develops absence instead limbic seizures, commonly seen in the pilocarpine model. The aim of this thesis was to study the changes that follows carisbamate treatment. Therefore, we made a brain activity cartography, by labelling c-Fos protein, and we quantified the concentrations of amino acids and monoamines in hippocampus, thalamus and piriform cortex, 4h after the status epilepticus (SE). Moreover, we studied the protein expression profile in the hippocampus, 2 month after SE, by two-dimensional electrophoresis.The results points towards an increased activity of MD and LD thalamic nuclei in carisbamate treated rats. Furthermore, dopamine, noradrenaline, GABA and serotonin appears to play a role in neuroprotection and in the epileptogenesis modifying effect of carisbamate. The proteomic study revealed a global reduction of cellular energetic metabolism of carisbamate treated rats that develops absence seizures.

Cette thèse a pour objectif spécifique d’explorer les événements précoces pouvant être à l’origine du bourgeonnement aberrant des fibres moussues (FM) du gyrus denté, une réorganisation majeure dans l’Epilepsie du Lobe Tempora (ELT). Nous avons utilisé le modèle pilocarpine d’ELT chez le rat afin de montrer que la transmission GABAergique jouait un rôle prépondérant dans la formation des FM aberrantes au cours de l’épileptogenèse. Ceci étant due à une altération de l’homéostasie chlore, suite à une augmentation de l’expression du co-transporteur NKCC1 et une diminution du co-transporteur KCC2. Nos résultats ont démontré que le récepteur aux neurotrophines p75NTR était un médiateur de l’action trophique de la réponse GABAergique dépolarisante sur le bourgeonnement aberrant des FM. Le blocage de l’action dépolarisante de la transmission GABAergique via l’utilisation de la bumétanide, a permis de réduire le bourgeonnement aberrant des MF en réduisant l’expression de p75NTR. Enfin, l’application transitoire de la bumétanide au cours de l’épileptogenèse a abouti à la réduction du nombre de crises récurrentes et spontanées au cours de la phase chronique d’ELT chez le rat. Ce travail a permis de dévoiler les mécanismes moléculaires sous-jacents de la réorganisation du réseau neuronal glutamatergique consécutif à une crise inaugurale dans un modèle d’ELT. Dans l'ensemble, cette thèse apporte un éclairage nouveau sur l’importance de l’interaction de la signalisation GABAergique avec les neurotrophines afin d’orchestrer la plasticité réactive au sein de l’hippocampe dans TLE. / The present dissertation undertakes to investigate the early triggering events of the mossy fiber sprouting (MFS) in the dentate gyrus, a hallmark of hippocampal reactive plasticity in Temporal Lobe Epilepsy (TLE). We used the rat pilocarpine model of TLE to show that altered GABAA receptor-mediated transmission play a key role in the formation of early ectopic MFS during epileptogenesis. This is likely due to a compromised chloride homeostasis, as a result of increased expression of chloride loader NKCC1 and downregulation of the neuronal chloride extruder KCC2. We next addressed the mechanistic action of depolarizing GABAAR responses with regard to neurotrophin signaling. Our findings uncovered that the pan neurotrophin receptor p75 (p75NTR) mediated the sculpting action of depolarizing GABAAR responses on the ectopic MFS. Blockade of depolarizing GABAAR responses using the loop diuretic bumetanide reduced abnormal p75NTR subsequently decreased the ectopic MFS. Finally, transitory application of bumetanide during epileptogenesis resulted in reduction of spontaneous and recurrent seizures during the chronic phase of TLE. The rationale of this work is that unveiling the molecular mechanisms underlying the hippocampal post-seizure glutamatergic network rewiring will help to drive future novel therapeutic avenues involving chloride homeostasis and neurotrophin interplay. Overall, this dissertation shed a new light on how GABAergic transmission and neurotrophin signaling crosstalk can orchestrate reactive hippocampal plasticity in TLE.