La présente étude a été menée au sein d'une unité psychiatrique spécifique à Montréal où les patients disposent de plusieurs périodes de temps libres durant lesquelles peu d'entre eux s'occupent de manière active et autonome. De façon exploratoire, des programmes de modification du comportement (PMC) basés sur une approche collaborative et le renforcement positif ont été mis en place dans le but de favoriser le développement d'un loisir autonome chez trois sujets cliniques souffrant de troubles sévères et persistants. L'efficacité de ces PMC a été évaluée à l'aide d'un schème à cas uniques dans lequel étaient manipulés à la fois le niveau de base en fonction des individus et les critères de performance. Dans le but d'optimiser les facteurs de réussite dans l'instauration de tels programmes cliniques, cette étude s'est aussi intéressée aux intervenants de l'unité psychiatrique qui appliquent les PMC. Pour ce faire, un questionnaire pré-post PMC sur les croyances/satisfactions envers les PMC a été présenté aux intervenants et une formation suivie par un groupe d'échanges sur le thème de la modification de comportement leur a été proposée. De part la complexité des problématiques affectant les trois sujets cliniques, il demeure difficile d'établir réellement le niveau d'efficacité de chaque programme en fonction de critères simples et précis. Cependant, les trois sujets ont démontré leur capacité à apprendre un loisir, mais un seul sujet a complété le protocole. Les deux autres sujets ont vu leur PMC terminé précipitamment en accord avec le fonctionnement de leur programme général d'intervention individuelle (PII). Bref, un seul sujet a modifié son comportement conformément aux critères préétablis en fonction de l'efficacité expérimentale et thérapeutique, mais les résultats des deux autres sujets suggèrent que leur performance a probablement reflété davantage une réaction propre à leurs caractéristiques personnelles qu'une réponse occasionnée uniquement par le programme mis en place. Chez les intervenants, le taux de réponse au questionnaire est demeuré insuffisant pour tirer des conclusions. Plusieurs possibilités peuvent venir expliquer ces résultats, comme la résistance au changement, l'instrument de mesure ou le déroulement de la recherche. La capacité à développer une habileté de loisir chez les sujets cliniques pourrait varier en fonction du type de motivation préalable au programme et aussi selon des variables personnelles. Les PMC apparaissent comme une stratégie thérapeutique appropriée à la clientèle et au milieu thérapeutique, tout en s'adaptant aux valeurs actuelles en santé mentale. Malgré les résultats mitigés, il est possible de conclure qu'une approche basée sur la collaboration et le renforcement positif dans le développement d'une activité de loisir durant les périodes libres dans une unité psychiatrique serait une avenue thérapeutique prometteuse.

Québec Université Laval, Bibliothèque 2015

Un vaste corpus de recherches computationnelles est consacré à l’analyse du contrôle moteur. Cette approche, qui étudie l’adaptation saccadique comme un modèle d’apprentissage sensori-Moteur, invoque des mécanismes spécialisés dans la calibration de gains internes ou l’optimisation de fonctions de coûts. Cette thèse propose une explication différente de l’apprentissage oculo-Moteur en montrant que les distributions d’amplitudes saccadiques peuventêtre modifiées par leurs conséquences.D’abord, nous avons manipulé la médiane du gain saccadique. Nous avons éliminé l’erreur rétinienne post-Saccadique et présenté des stimulus sonores ou visuels après les saccades répondant à des critères d’amplitude. Ce renforcement opérant a induit des changements de gain similaires à l’adaptation saccadique obtenue par le paradigme conventionnel de double saut. Puis nous avons montré qu’une part de la variabilité peut être contrôlée par un apprentissage opérant. Différents niveaux de variabilité de gain ont été renforcés avec un son. Les changements obtenus suggèrent que la variabilité ne résulte pas uniquement d’un bruit interne. Enfin, dans une tâche de recherche visuelle, la présentation de la cible en guise d’agent renforçateur a aussi permis d’augmenter puis de réduire la variabilité des amplitudes saccadiques. Cela signifie que voir lacible est une conséquence qui contrôle (en partie) les propriétés des saccades.Ces études montrent qu’un processus général d’apprentissage, qui dépend des conséquences fonctionnelles des saccades, peut guider les changements de leur amplitude. Cela pourrait s’avérer crucial pour maintenir la précision des saccades tout au long de la vie. / A large body of computational research has been devoted to understanding motor control.This approach, using saccadic adaptation as an example of sensorimotor learning, postulates specialized mechanisms responsible for a motor calibration or optimization processes of cost functions. This thesis dissertation provides an alternative view of oculomotor learning byshowing that saccadic amplitude distributions can be altered by their own consequences.First we manipulated saccadic gain medians. We eliminated the postsaccadic retinal error (either by extinguishing the target during the saccade or by stabilizing its image on the fovea) and provided auditory or visual consequences after the saccades meeting amplitude criteria. This reinforcement procedure could induce gain changes similar to saccadic adaptation obtained via a conventional double-Step paradigm.Then we showed that part of saccadic amplitude variability may be controlled by operant learning. Saccadic gain distributions were reinforced with a tone depending on variability criteria.Our data suggested that oculomotor variability may not result solely from an internal randomnoise. Finally we designed a new paradigm involving a visual search task in which presenting atarget was effective to reinforce various saccadic amplitude variability levels. This means that in real life, seeing the target is a consequence controlling (at least in part) saccadic properties.These results show that a general operant learning process, depending on the functional consequences of eye movements, can guide changes in saccadic amplitude. This may be critical to maintain saccadic accuracy during the lifespan.

Les modèles de décision conventionnels, basés sur l’utilisation du système saccadique comme modèle sensorimoteur, considèrent typiquement les temps de réaction comme un sous-produit des processus décisionnels, reflétant le temps nécessaire pour prendre une décision. Cependant, des recherches ont montré que les latences saccadiques sont deux fois plus longues que le temps de décision, ainsi que l’organisation de l’environnement affecte les latences saccadiques. Cette thèse propose une interprétation alternative des temps de réaction saccadiques (SRTs) en montrant que les distributions de latences saccadiques peuvent être altérées par leurs propres conséquences. Nous défendons l’hypothèse que les latences saccadiques dépendent de relations fonctionnelles avec leur environnement.Cette thèse a réalisé une analyse fonctionnelle des latences saccadiques. La première étude a évalué s’il était possible de choisir ses propres latences en fonction des contingences de renforcement en cours, dans le but d’explorer l’étendue du contrôle temporel des saccades. L’allocation des latences courtes et longues correspondait au renforcement relativement obtenu, démontrant un contrôle fin des SRTs. La seconde étude a évalué de manière plus approfondie l’effet de conséquences bénéfiques sur les SRTs, en utilisant le phénomène de taille-latence. La procédure de renforcement a été efficace pour manipuler le bénéfice de SRTs plus courts et pour réduire le phénomène de taille-latence. La troisième étude a démontré comment les stimuli antécédents en viennent à contrôler des temps de réaction spécifiques à l’aide d’un apprentissage opérant. Les contingences de renforcement ont induit un contrôle discriminatif des latences entre des stimuli différents. Enfin, la dernière expérience a exploré l’implication des processus d’apprentissage classique dans le contrôle par le stimulus des latences saccadiques. Cette étude pilote met en évidence l’influence de l’environnement et de l’historique d’apprentissage dans le contrôle temporel des saccades.Nos résultats soulignent l’incroyable plasticité du système saccadique, et l’étend au contrôle temporel des saccades. Cette thèse montre qu’un processus général d’apprentissage, basé sur les conséquences fonctionnelles des saccades, peut expliquer de manière parcimonieuse les changements dans les latences saccadiques. Démontrant que la latence est une dimension opérante des saccades, l’organisation de l’environnement contrôle l’organisation temporelle des saccades. / Conventional decision models, based on the saccadic system as a sensorimotor model, typically view reaction time as a byproduct of decisional processes, reflecting the time needed to make a decision. However, research has shown that saccadic latencies are twice as long as the decision time and that the organization of the environment affects saccade latencies. This thesis dissertation provides an alternative view of saccadic reaction times (SRTs) by showing that saccade latency distribution can be altered by their own consequences. We defend that saccadic latency depends on functional relations with its environment.This thesis conducted a functional analysis of saccadic latencies. The first study probed whether it is possible to choose one’s latencies depending on the reinforcement contingencies in force, in order to assess the extent of temporal control with saccades. The allocation of short and long latencies matched the relative reinforcement obtained, demonstrating a fine control of SRTs. The second study further investigated the effect of beneficial consequences on SRTs, using the size-latency phenomenon. The reinforcement procedure was effective in manipulating the benefit of shorter SRTs and reducing the size- latency phenomenon. The third experiment demonstrated how antecedent stimuli come to control specific reaction times through operant learning. Reinforcement contingencies induced discriminative control of latencies between different stimuli. Finally, the last experiment explored the involvement of classical learning processes in stimulus control of saccade latencies. This pilot study highlighted the influence of the environment and learning history in the temporal control of saccades.Our results emphasize the exquisite plasticity of the saccadic system, and extend it to the temporal control of saccades. This thesis shows that a general learning process, based on the functional consequences of saccades, can parsimoniously explain changes in saccadic latency. Demonstrating that latency is an operant dimension of saccades, the organization of the environment controls the temporal organization of saccades.

Les traumatismes médullaires, ainsi que les myopathies, les accidents vasculaires cérébraux ou les amputations peuvent entraîner de très lourds handicaps où la commande motrice ne peut plus être exécutée correctement. Les interfaces cerveau-machine ont été développées pour contrecarrer ces déficits. La plupart des groupes de recherche travaillant dans le domaine ont conçu des interfaces qui tentent de reconstruire un mouvement à partir de l'activité neuronale du cerveau. Dans notre cas, nous attaquons le problème différemment en conditionnant un neurone ou un petit nombre d'entre eux dans le cortex moteur de rats éveillés afin qu'ils contrôlent la vitesse d'un actuateur en une dimension en augmentant ou en diminuant leur taux de décharge. Dans ce protocole, connaître l'espace initial de codage des neurones conditionnés n'était pas un prérequis. Nous avons observé que l'activité de la plupart des neurones pouvait être modulée par conditionnement opérant, et pouvaient contrôler en temps réel et pendant plusieurs secondes la position d'une bouteille contenant une récompense liquide située en face de l'animal. De plus, pendant la période d'apprentissage, les neurones conditionnés ont affiché des propriétés spéciales comparées aux autres neurones non conditionnés, en termes de variabilité du taux de décharge, de latence de la réponse et de force de la modulation. Cela constitue la première démonstration d'un outil externe contrôlé en temps réel par des neurones conditionnés devant ajuster leur activité selon des objectifs constamment redéfinis.

Les comportements motivés tels que les comportements alimentaires ou sexuels sont émis de façon irrégulière sous l’impulsion du système nerveux central. Ils sont régulés par des informations sensorielles et des apprentissages. Dans un apprentissage associatif, le conditionnement opérant appétitif, l’animal apprend les conséquences de son action parl’association d’une action à l’obtention d’une récompense (un stimulus à forte valeur appétitive). Il est établi que cet apprentissage induit la transition d’une motricité initialement peu fréquente et irrégulière en une motricité rythmique, fréquente et régulière. Cependant, les mécanismes cellulaires du système nerveux central qui sont responsables de cettetransition, restent largement méconnus. Notre étude chez le mollusque aplysie nous a permis d’identifier ces mécanismes dans un réseau neuronal identifié et générateur des patterns moteurs du comportement alimentaire. Sur des préparations du système nerveux isolé, nous avons sélectivement contrôlé l’expression fréquente d’une part et régulièred’autre part de la motricité apprise grâce à la manipulation expérimentale de la plasticité fonctionnelle de neurones pacemakers identifiés. Ainsi, nous avons nouvellement établi un lien de causalité entre (1) des modifications membranaires et l’accélération motrice et (2) le renforcement de synapses électriques et la régularité motrice. Nous avons mis en évidence le rôle du transmetteur dopamine dans l’induction de ces plasticités fonctionnelles et l’expression de la motricité fréquente et régulière. Enfin, nous avons analysé les propriétés intrinsèques du neurone responsable de l’impulsion spontanée et irrégulière de la motricité des animaux naïfs. Pour conclure, l’ensemble de ces travaux de thèse offre une vue étendue des mécanismes cellulaires qui déterminent la variabilité d’un comportement motivé et sarégulation par apprentissage. / Motivated behaviors such as feeding or sexual behavior are irregularly expressed by impulsive drives from the central nervous system. However, such goal-directed acts are regulated by sensory inputs and learning. In a form of associative learning, appetitive operant conditioning, an animal learns the consequences of its own actions by making the contingentassociation between an emitted act and delivery of a rewarding (highly appetitive) stimulus. It is now established that this learning procedure induces the transition from an initially infrequent and irregular motor activity to a frequent and regular behavior. However the cellular and central network mechanisms that mediate this behavioral plasticity remain poorlyunderstood. Our study on the marine sea slug Aplysia has allowed us to analyze these mechanisms in an identified neuronal network that is responsible for generating the motor patterns of the animal's feeding behavior. Using in vitro neuronal preparations, we selectively controlled the frequency and regularity of the motor activity induced by operant learning with experimental manipulations of the functional plasticity in identified pacemaker neurons. We found for the first time a causal relationship between the learning-induced plasticity and (1) changes in pacemaker neuron membrane properties and the increased frequency of feeding motor activity, and (2), in the strength of their interconnecting electrical synapses and the regularized phenotype of this motor activity. We then addressed the role of the transmitterdopamine in the induction of this functional plasticity and specifically the expression of a frequent and stereotyped rhythmic feeding motor pattern. Finally, we analyzed the intrinsic membrane properties of the essential pacemaker neuron for generating the irregular motor drive in naïve animals. In conclusion, the data from this thesis work have provided novelinsights into the cellular and synaptic mechanisms underlying the intrinsic variability of a motivated behavior and its regulation by learning.

Le but de l’expérience décrite dans ce mémoire est d'arriver à inculquer inconsciemment aux sujets une stratégie visuelle leur permettant d'utiliser seulement une partie spécifique de l'information visuelle disponible dans le visage humain pour en reconnaître le genre. Normalement, le genre d’un visage est reconnu au moyen de certaines régions, comme la bouche et les yeux (Dupuis-Roy, Fortin, Fiset et Gosselin, 2009). La tâche accomplie par les sujets permettait un apprentissage perceptuel implicite qui se faisait par conditionnement opérant. Ces derniers étaient informés qu'un nombre de points leur serait attribué selon leur performance à la tâche. Au terme de l’entraînement, les sujets renforcés pour l’utilisation de l’oeil gauche utilisaient davantage l’oeil gauche que l’oeil droit et ceux renforcés pour l’utilisation de l’oeil droit utilisaient davantage l’oeil droit. Nous discuterons de potentielles applications cliniques de cette procédure de conditionnement. / The goal of the following experiment is to make subjects unconsciously learn a visual strategy allowing them to use only part of the available visual information from the human face to correctly identify the gender of a face. Normally, the gender of a face is recognized using certain regions, like those of the mouth and the eyes (Dupuis-Roy, Fortin, Fiset et Gosselin, 2009). Our participants had to accomplish an operant conditionning task. They were informed that a number of points would be given to them according to their performance. At the end of training, the subjects that were encouraged to use the left eye indeed used the left eye more than the right. Also, those that were conditionned to use the right eye used the right eye more than the left. We will discuss the potential clinical applications of this method of conditionning.

Un défi majeur pour les organismes vivants est leur capacité d’adapter constamment leurs comportements moteurs. Dans la première étude de cette thèse, nous avons étudié le rôle des régularités statistiques et du conditionnement opérant sur la poursuite lisse d’anticipation (PLA). Nous avons démontré que la PLA est générée de manière cohérente avec la probabilité du mouvement attendu. De plus, nous avons montré pour la première fois que la PLA peut être modulée par les contingences de renforcement.Dans une seconde étude, nous avons créé un paradigme de poursuite, inspiré par l’Iowa Gambling Task (IGT), impliquant un choix entre deux cibles associées à différentes récompenses. Nous avons testé ce paradigme chez des patients Parkinson (PP), ainsi que des contrôles âgés ou jeunes. Seulement chez les participants jeunes, la latence du choix oculomoteur est fortement réduite quand celui-ci est associé à une règle de renforcement. Pour les PP le choix est fortement retardé dans toutes les conditions et cet effet n’est pas simplement attribuable à un déficit moteur. Autrement, la stratégie de choix s’avère de mauvaise qualité dans tous les groupes suggérant des différences avec les résultats de l’IGT classique.La dernière contribution de cette thèse fut de modéliser l’effet du biais directionnel sur la PLA que nous avons observé dans la première étude. Nous avons testé deux modèles incluant une mémoire de type intégrateur à fuite de la séquence d’essais, ou l’estimation Bayesienne adaptative de la taille optimale de mémoire. Nos résultats suggèrent que les modèles adaptatifs pourraient contribuer dans le futur à mieux comprendre l’apprentissage statistique et par renforcement. / One of the main challenges for living organisms is the ability to constantly adapt their motor behavior. In the first study of this thesis, we investigated the role of statistical regularities and operant conditioning on anticipatory smooth eye movements (aSPEM), in a large set of healthy participants. We provided evidence that aSPEM are generated coherently with the expected probability of motion direction. Furthermore, by manipulating reinforcement contingencies our findings demonstrated for the first time that aSPEM can be considered an operant behavior. In a second study, we designed a novel two-targets choice-tracking task, where a choice-contingent reward was returned, inspired by Iowa Gambling Task (IGT). We administered this new paradigm to Parkinson’s disease (PD) patients as well as age-matched control participants and young adult controls. For young participants, choice latency was clearly shortened in the IGT-pursuit task compared to the control-task. For PD patients choice latency was overall delayed and this difference could not be attributed to pure motor deficits. Overall the choice strategy performance was poor in all groups suggesting some possible differences between the standard IGT task and our IGT-pursuit task in probing decision-making. The last contribution of this thesis is an attempt to model the relation between aSPEM velocity and local direction-bias. Two models were tested to account for the trial-sequence effects, including either a decaying memory, or a Bayesian adaptive estimation of the efficient memory size. Our results suggest that adaptive models could be used in the future to better assess statistical and reinforcement learning.

: Mon travail de thèse a porté sur l’étude neurocomportementale des actions et des habitudes chez le Rat. En effet, lors d’un apprentissage opérant la réponse peut être acquise selon deux systèmes associatifs. Le premier dépend d’une représentation des conséquences de la réponse, le second d’une association plus « simple » entre le stimulus et la réponse. Un premier axe de recherche a consisté à étudier plusieurs paramètres du conditionnement, afin de déterminer leur influence sur le contrôle de la réponse instrumentale par un système plutôt que l’autre. Le deuxième axe de recherche a porté sur l’étude des substrats neuronaux impliqués dans l’acquisition et l’expression d’une action, par l’intermédiaire de techniques d’inactivation cérébrale et d’étude immuno-histochimique de l’expression génique de la protéine Fos. / Previous research has established that instrumental conditioning, in both primates and rats, is mediated by two concurrent associative systems. In early stages of training, instrumental response is thought to be mediated by an association between the action and the outcome (A-O). While training proceeds however, as the response becomes less sensible to the outcome value, it is conceived as being mediated by an association between thestimulus and the response (S-R). Recent evidences suggest that the both systems operate in tandem and/or competition from the beginning of training. This work aimed at studying the mechanisms that coordinate the control of the instrumental response by the goal-directedsystem or the habit system. A first batch of results indicates no effect of the amount of training sessions on the goal-directed nature of the conditioned instrumental response. Indeed,the outcome devaluations by CTA or selective satiety reduced the instrumental performances,independently of the training procedure applied. The instrumental responses resulting from our 3 training procedures depend of an actualized representation of their outcomes. A secondbatch of results indicates that information about the context of instrumental conditioning isincluded in the incentive representation of the outcome. Indeed, we observed no sensitivity tooutcome devaluation when devaluation occurred outside the training context. These results offer new original hypotheses about context encoding and the nature of instrumental responding. A third batch of experiments investigates the role of the prelimbic cortex in acquisition vs. expression of goal-directed instrumental behaviour, using reversible neuronal inactivation. The results show that the prelimbic cortex plays a transient but crucial role in theacquisition of goal-directed responding and that the A-O and S-R systems can operate in a competitive fashion early in training. Using ex-vivo imaging, a last batch of experiments aimed to study the temporal cerebral activation throughout instrumental training with a focuson prefrontal and striatal regions. Results show levels of Fos expression that vary with regions. At the beginning of conditioning, the density of Fos positive nuclei is high in the prefrontal regions. It decreases with training. Labelling is denser in the dorsomedial striatumthan in the dorsolateral striatum. The weak activation in the dorsolateral striatum appears consistent with the absence of habit. These data are in accordance with data of the literature concerning dynamics of activation in cortico-striatal circuits. Furthermore, they are in agreement with the suggestion that activity in the prelimbic cortex could promote the acquisition of goal-directed action by the induction of neuronal plasticity in the dorsal striatum.

Les modèles animaux d’arthrose sont utilisés sur le rat depuis des décennies pour évaluer l’efficacité analgésique de nombreux composés. Cependant, la méthodologie utilisée, en particulier les protocoles d’évaluation de la douleur, est très différente d’une étude à une autre, rendant difficile la comparaison entre chaque projet. Afin d'améliorer le transfert des résultats précliniques vers la recherche clinique, ce projet propose d'établir un protocole d'évaluation de la douleur fiable et pertinent, et de le valider à l’aide du modèle d’arthrose expérimental le plus populaire, soit l’injection intra-articulaire de mono-iodoacétate de sodium (MIA). La répétabilité et la fiabilité inter-évaluateur de diverses méthodes d’évaluation de la douleur ont été évaluées, et le protocole d'acclimatation le plus fiable a été déterminé. Ensuite, les méthodes les plus intéressantes ont été testées pour leur sensibilité à détecter les altérations douloureuses induites par l’injection de MIA, ainsi que leur réponse au traitement analgésique, soit une injection intra-articulaire de lidocaïne. Une période d'acclimatation adéquate associée à un protocole d'évaluation combinant des mesures réflexes, des comportements spontanés ainsi que des tests opérants ont témoigné avec succès des changements douloureux liés à l'injection de MIA. Le test opérant fut la méthode la plus sensible pour détecter l'effet analgésique de la lidocaïne. Cette étude a permis d’établir le protocole d’acclimatation et les méthodes de l’évaluation de la douleur les plus fiables et sensibles. Aussi, il a démontré la pertinence du test opérant pour détecter la composante affective de la douleur chez les rongeurs. / Animal models of osteoarthritis pain have been used for decades in rats to test the analgesia response of numerous compounds. Study methodology, in particular the pain assessment methods, is quite variable, making the comparison between each project difficult and sometimes simply impossible. In order to improve the translation of new therapies from the preclinical research to the clinical field, this study proposed to establish the reliability and concurrent validity of a panel of pain assessment methods. The concurrent validation was performed in the most popular osteoarthritis rat model, i.e. using the intra-articular injection of monosodium iodoacetate (MIA). The repeatability and inter-observer reliability of various pain assessment methods were evaluated, and the most reliable acclimatization protocol was determined. Then, the most reliable methods were tested comparatively in the rat MIA osteoarthritis model for their sensitivity in detecting painful changes related to the MIA injection. Their responsiveness to treatment, i.e. an intra-articular injection of lidocaine, was also assessed. A complete pain evaluation protocol and reliable acclimatization period, combining reflexive and spontaneous behavior measures as well as operant testing, successfully demonstrated the pain related changes of the MIA injection. Operant testing was the most responsive to the analgesic effect of lidocaine. This study established the most reliable and sensitive methods of pain assessment and optimized acclimatization protocol. Moreover it defined the operant testing as a highly relevant tool to demonstrate the affective component of pain in rodent.