Le cortex préfrontal médian (mPFC) est nécessaire pour la formation desreprésentations contextuelles et l’expression de la mémoire suite au conditionnementde peur. Des études récentes ont montré des changements dépendants del’apprentissage dans l’excitabilité intrinsèque des neurones du mPFC. Il n’estcependant pas établit, si ces changements se font à l’échelle régionale ou s’ils sontspécifiques du type neuronal. La connectivité spécifique et les propriétés intrinsèquesde différents types neuronaux pourraient entrainer certaines populations neuronales àêtre préférentiellement impliquées dans le traitement de l’information au cours d’unetâche d’apprentissage. Dans ce projet, nous avons étudié cette hypothèse par l’étudede la plasticité de l’excitabilité intrinsèque dans la partie prélimbique (PL) du mPFCdans deux groupes neuronaux bien définis : ceux projetant vers l’amygdaleipsilatérale et ceux projetant vers le mPFC controlatéral. Nous avons utilisé à la fois leconditionnement à la peur contextuelle, un traçage rétrograde, et des enregistrementsélectrophysiologiques en cellule entière des neurones pyramidaux marqués chez lessouris mâles C57bl/6J adultes âgées de 2 à 3 mois. Nous montrons que l’excitabilitédes neurones projetant vers l’amygdale présentent des changements dépendants del’apprentissage, suite au conditionnement de peur contextuelle. En revanche,l’excitabilité des neurones projetant vers le mPFC controlatéral ne présente pas dedifférence entre les animaux entrainés et témoins. Ensemble, ces résultats indiquentque les changements induits par l’apprentissage dans l’excitabilité intrinsèque ne sontpas généralisés à tous les neurones du PL mais sont par contre définis par les ciblesdes neurones qui projettent sur de longues distances. / The medial prefrontal cortex (mPFC) is necessary for the formation of contextualrepresentations and memory expression following fear conditioning. Recent studieshave shown learning-dependent changes in the intrinsic excitability of mPFC neurons.It is not clear, however, whether these changes are region-wide or neuron-typespecific. The specific connectivity and intrinsic properties of different neuronal typescould cause certain neuronal populations to be preferentially involved in informationprocessing in a learning paradigm. In this project, we investigated this hypothesis bystudying the plasticity of intrinsic excitability in the prelimbic (PL) part of the mPFCin two defined neuronal groups: those projecting to the ipsilateral amygdala and thoseprojecting to the contralateral mPFC. We used contextual fear conditioning togetherwith retrograde tracing and whole-cell electrophysiological recordings of labelledpyramidal neurons in adult 2-3 month old male C56BL/6J mice. We show thatneurons projecting to the amygdala display learning-dependent changes in neuronalexcitability following contextual fear conditioning. In contrast, the excitability ofneurons projecting to the contralateral mPFC does not differ between trained andcontrol animals. Together, these results indicate that learning-induced changes inintrinsic excitability are not generalised across all PL neurons but instead are definedby the neurons’ long-range projection targets.

Mémoire de maîtrise présenté en vue de l'obtention de la maîtrise en psychologie (M. Sc) / L'humeur, en tant qu’élément central dans notre perception du monde, englobe diverses émotions et affecte grandement le bien-être mental et physiologique. Une régulation efficace de l'humeur est vitale pour un fonctionnement quotidien normal et tout dérèglement peut mener à des troubles psychologiques majeurs comme la dépression. Au niveau cérébral, le système de récompense, en particulier le cortex préfrontal dorsolatéral gauche (CPFdl) et ses projections dopaminergiques, joue un rôle central dans la régulation de l'humeur et du plaisir. De nombreuses recherches montrent maintenant que l’écoute de la musique influence notre humeur, en agissant sur le système de récompense. En outre, la stimulation magnétique transcrânienne répétitive excitatrice (SMTr) ciblant le CPFdl gauche a donné des résultats prometteurs en modifiant l'humeur et l'activité du système de récompense, ainsi qu'en modulant le plaisir perçu et la motivation pendant l'écoute de la musique en augmentant l'excitabilité et la plasticité corticales. Cependant, les études existantes sur l'impact de la SMTr sur l'humeur des personnes en bonne santé aboutissent à des résultats contradictoires, et l'effet conjoint de la SMTr et de la musique sur l'humeur reste inexploré. Cette étude vise donc à déterminer si la SMTr excitatrice peut augmenter les effets de la musique sur l'humeur chez des volontaires sains. Plus précisément, nous souhaitons valider l'impact de la musique, de la SMTr et de leur application combinée sur l'humeur des participants. Vingt-quatre participants ont suivi quatre sessions expérimentales, comprenant soit la SMTr seule, l’écoute de la musique seule, la SMTr associée à l’écoute de la musique, ou les conditions placebo/sham. L'humeur des participants a été évaluée à l'aide d'un questionnaire sur l'humeur et d'enregistrements de l'activité électrodermale (EDA) avant et après les stimuli. Les résultats ont révélé une amélioration significative de l'humeur générale et de l'humeur positive, ainsi qu'une diminution significative de l'humeur négative au cours de la séance de musique seule, ce qui indique l'efficacité de la musique en tant qu'intervention pour améliorer l'humeur. À l'inverse, la séance de SMTr seule a entraîné une diminution de l'humeur positive et une augmentation de l'humeur négative, ce qui suggère un effet négatif potentiel de la SMTr sur l'humeur. . Dans la session SMTr + musique, on a observé une tendance à l'amélioration de l'humeur, ce que nous interprétons comme le fait que l'application de la SMTr sur le CPFdl gauche a entrainé une baisse de l'humeur, tandis que l'écoute de la musique contrecarrait cet effet en induisant une humeur positive et en réduisant l'humeur négative.En conclusion, les résultats de cette étude soulignent le potentiel de la musique en tant qu'intervention visant à améliorer l'humeur. En outre, les résultats suggèrent que la SMTr excitatrice ciblant le CPFdl gauche peut entraîner une baisse de l'humeur. Il est nécessaire de poursuivre les recherches dans ce domaine, notamment en explorant d'autres combinaisons de stimuli, telles que la SMTr excitatrice sur le CPFdl droit associée à la musique, afin de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents et d'optimiser l'utilisation de ces interventions pour la régulation de l'humeur. Ces recherches supplémentaires permettront de mieux comprendre la modulation de l'humeur et d'améliorer l'efficacité des interventions dans ce domaine. / Mood, as a central element in our perception of the world, encompasses a variety of emotions and greatly affects mental and physiological well-being. Effective mood regulation is vital for normal daily functioning, and any disruption can lead to major psychological disorders such as depression. At the cerebral level, the reward system, in particular, the left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) and its dopaminergic projections, plays a central role in regulating mood and pleasure. A large body of research now shows that listening to music influences our mood, by affecting the reward system. In addition, excitatory repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) targeting the left DLPFC has shown promising results in altering mood and the reward system activity, as well as modulating perceived pleasure and motivation during music listening by increasing cortical excitability and plasticity. However, existing studies on the impact of rTMS on mood in healthy individuals yield conflicting results, and the joint effect of rTMS and music on mood remains unexplored. This study aims to determine whether excitatory rTMS can enhance the effects of music on mood in healthy volunteers. More specifically, we aim to validate the impact of music, rTMS, and their combined application on participants' mood. Twenty-four participants completed four experimental sessions, comprising either rTMS alone, listening to music alone, rTMS + music, or placebo/sham conditions. Participants' mood was assessed using a mood questionnaire and electrodermal activity (EDA) recordings before and after the stimuli. Results revealed a significant improvement in overall mood and positive mood, as well as a significant decrease in negative mood during the music-only session, indicating the effectiveness of music as a mood-enhancing intervention. Conversely, the rTMS session alone resulted in a decrease in positive mood and an increase in negative mood, suggesting a potential negative effect of rTMS on mood. In rTMS + music session, there was a trend in mood improvement, which we interpret as meaning that applying rTMS to the left DLPFC resulted in a decrease in the mood while listening to music counteracted this effect by inducing positive mood and reducing negative mood. In conclusion, the results of this study underline the potential of music as a mood-enhancing intervention. In addition, the results suggest that excitatory rTMS targeting the left DLPFC may lead to a decrease in mood. Further research in this area is necessary, including exploring alternative combinations of stimuli, such as excitatory rTMS on the right DLPFC in conjunction with music to better understand the underlying mechanisms and optimize the use of these interventions for mood regulation. This additional research will contribute to a more comprehensive understanding of mood modulation and enhance the effectiveness of interventions in this field.

Une variété de modèles sur le processus de prise de décision dans divers contextes présume que les sujets accumulent les évidences sensorielles, échantillonnent et intègrent constamment les signaux pour et contre des hypothèses alternatives. L'intégration continue jusqu'à ce que les évidences en faveur de l'une des hypothèses dépassent un seuil de critère de décision (niveau de preuve exigé pour prendre une décision). De nouveaux modèles suggèrent que ce processus de décision est plutôt dynamique; les différents paramètres peuvent varier entre les essais et même pendant l’essai plutôt que d’être un processus statique avec des paramètres qui ne changent qu’entre les blocs d’essais. Ce projet de doctorat a pour but de démontrer que les décisions concernant les mouvements d’atteinte impliquent un mécanisme d’accumulation temporelle des informations sensorielles menant à un seuil de décision. Pour ce faire, nous avons élaboré un paradigme de prise de décision basée sur un stimulus ambigu afin de voir si les neurones du cortex moteur primaire (M1), prémoteur dorsal (PMd) et préfrontal (DLPFc) démontrent des corrélats neuronaux de ce processus d’accumulation temporelle. Nous avons tout d’abord testé différentes versions de la tâche avec l’aide de sujets humains afin de développer une tâche où l’on observe le comportement idéal des sujets pour nous permettre de vérifier l’hypothèse de travail. Les données comportementales chez l’humain et les singes des temps de réaction et du pourcentage d'erreurs montrent une augmentation systématique avec l'augmentation de l'ambigüité du stimulus. Ces résultats sont cohérents avec les prédictions des modèles de diffusion, tel que confirmé par une modélisation computationnelle des données. Nous avons, par la suite, enregistré des cellules dans M1, PMd et DLPFc de 2 singes pendant qu'ils s'exécutaient à la tâche. Les neurones de M1 ne semblent pas être influencés par l'ambiguïté des stimuli mais déchargent plutôt en corrélation avec le mouvement exécuté. Les neurones du PMd codent la direction du mouvement choisi par les singes, assez rapidement après la présentation du stimulus. De plus, l’activation de plusieurs cellules du PMd est plus lente lorsque l'ambiguïté du stimulus augmente et prend plus de temps à signaler la direction de mouvement. L’activité des neurones du PMd reflète le choix de l’animal, peu importe si c’est une bonne réponse ou une erreur. Ceci supporte un rôle du PMd dans la prise de décision concernant les mouvements d’atteinte. Finalement, nous avons débuté des enregistrements dans le cortex préfrontal et les résultats présentés sont préliminaires. Les neurones du DLPFc semblent beaucoup plus influencés par les combinaisons des facteurs de couleur et de position spatiale que les neurones du PMd. Notre conclusion est que le cortex PMd est impliqué dans l'évaluation des évidences pour ou contre la position spatiale de différentes cibles potentielles mais assez indépendamment de la couleur de celles-ci. Le cortex DLPFc serait plutôt responsable du traitement des informations pour la combinaison de la couleur et de la position des cibles spatiales et du stimulus ambigu nécessaire pour faire le lien entre le stimulus ambigu et la cible correspondante. / A variety of models of the decision-making process in many different contexts suggest that subjects sample, accumulate and integrate sensory evidence for and against different alternative choices, until one of those signals exceeds a decision criterion threshold. Early models assumed that this process is static and does not change during a trial or even between trials, but only between blocks of trials when task demands such as speed versus accuracy change. However, newer models suggest that the decision-making process is dynamic and factors that influence the evidence accumulation process might change both between trials in a block and even during a trial. This thesis project aims to demonstrate that decisions about reaching movements emerge from a mechanism of integration of sensory evidence to a decision criterion threshold. We developed a paradigm for decision-making about reach direction based on ambiguous sensory input to search for neural correlates of the decision-making process in primary motor cortex (M1), premotor cortex (PMd) and dorsolateral prefrontal cortex (DLPFc). We first tested several versions of the task with human subjects before developing a task (“Choose and Go”) that showed ideal behavior from the subjects to test our hypothesis. The task required subjects to choose between two color-coded targets in different spatial locations by deciding the predominant color of a central “decision cue” that contained different amounts of colored squares of the two target colors. The strength of the evidence was manipulated by varying the relative numbers of squares of the two colors. The response times and error rates both increased in parallel as the strength of the sensory evidence in the decision cue (its color bias) became increasingly weaker. Computational modelling showed that the choice behaviour of the subjects could be captured by different variants of the drift-diffusion model for accumulation of sensory evidence to a decision threshold. We then recorded cells from M1, PMd and DLPFc in 2 macaques while they performed the task. Behavioral data showed that response times and error rates increased with the amount of ambiguity of the decision cues. M1 cells discharged in correlation with movement onset and were not influenced by the ambiguity of the decision cues. In contrast, the discharge of PMd cells increased more slowly with increased ambiguity of the decision cues and took increasingly more time to signal the movement direction chosen by the monkeys. The changes in activity reflected the monkeys’ reach choices. These data support a role for PMd in the choice of reach direction. DLPFc data are preliminary but reveal a stronger effect of the color-location conjunction rule in the neuronal discharge than in PMd. Our conclusion is that PMd is involved in the evaluation of evidence for and against different alternatives and about target spatial location independent of the color of the targets. DLPFC neurons play a greater role in processing information about the color and location of the spatial targets and decision cue to resolve the color-location conjunction rule required to decide on the reach target direction.

L’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien joue un rôle essentiel dans l’adaptation et la réponse au stress. Toutefois, l’hyperactivation de cet axe ou des niveaux chroniquement élevés de glucocorticoïdes (GC) entraînent des conséquences pathologiques. Le système dopaminergique mésocortical, qui se projette dans le cortex préfrontal médian (CPFm), joue un rôle adaptatif en protégeant contre le stress. Jusqu’à présent, les interactions fonctionnelles entre les GC (ex : corticostérone) et le système dopaminergique mésocortical ne sont pas élucidées. Dans ce mémoire, nous avons évalué les effets des GC sur les fonctions dopaminergiques préfrontales en élevant chroniquement, à l’aide de minipompes osmotiques, les niveaux de corticostérone aux concentrations physiologiques maximales (1 mg/kg/h pendant 7 jours). Ce traitement n’a pas modifié significativement, chez les rats stressés ou non, les niveaux post mortem de dopamine et de son métabolite dans le tissu du CPFm. Toutefois, l’évaluation par voltamétrie in vivo des changements de dopamine extracellulaire dans le CPFmv a permis d’observer que la corticostérone augmente significativement la libération de dopamine en réponse à l’exposition à l’odeur de renard et au pincement de la queue. Nos études nous permettent de conclure que la corticostérone potentialise la fonction dopaminergique mésocorticale qui, à son tour, facilite la régulation négative en période de stress. / The hypothalamic-pituitary-adrenal axis plays an essential role in responding and adapting to stress, however overactivation of this axis or chronically high levels of glucocorticoids lead to pathological outcomes. The mesocortical dopamine (DA) system, terminating in the medial prefrontal cortex (mPFC), plays an adaptive role in protecting against stress, yet the functional interactions between glucocorticoids (eg. corticosterone) and the mesocortical DA system are not clear. In the present studies, we investigated the effects of glucocorticoids on prefrontal DA function using osmotic minipumps to chronically elevate corticosterone levels in the high physiological range (1 mg/kg/hr for 7 days). Chronic corticosterone treatment did not significantly affect post mortem levels of DA and its metabolites in PFC tissue in either unstressed or stressed rats. However, using in vivo voltammetry to monitor changes in extracellular DA release in PFC, corticosterone significantly increased DA release in response to both types of stress examined, exposure to predator odor and tail pinch stress. We conclude that corticosterone indeed potentiates mesocortical DA function, which in turn facilitates negative feedback regulation in times of stress.

Les études des effets de l’activité physique sur la cognition humaine et animale ne permettent pas de clarifier si ces effets sont spécifiques au type d’exercice pratiqué et si les gains cognitifs pour un cerveau en développement sont globaux ou exclusifs à certaines fonctions cognitives. Considérant le circuit nerveux entre le cervelet et le cortex préfrontal dorsolatéral, nous croyons qu’un entraînement neuromoteur stimulant les fonctions motrices du cervelet améliorera les fonctions exécutives associées au cortex préfrontal. Comme l’entraînement aérobie a affecté positivement différentes fonctions cognitives dans des études précédentes, nous croyons que ce type d’exercice améliorera les fonctions exécutives et la mémoire à long-terme. Trois classes de sixième année (âge moyen = 11,4 ans) ont été aléatoirement assignées aux groupes neuromoteur (n=22), aérobie (n=19) et contrôle (n=15). Nous nous sommes assurés que l’entraînement neuromoteur ne stimulait aucunement la capacité aérobie et que l’entraînement aérobie n’améliorait aucune habileté motrice. Les entraînements pour les deux groupes expérimentaux consistaient en 30 minutes d’activités par jour d’école pendant les heures de classe, pour 10 semaines ; le groupe contrôle suivait le programme scolaire régulier. Des tests moteurs et cognitifs ont été administrés avant et après l’intervention. Une série d’ANOVAs a révélé que l’entraînement neuromoteur avait amélioré la fluence verbale avec un effet marginal sur la génération de verbe, deux fonctions exécutives associées au circuit fronto-cérébelleux, et que l’entraînement aérobie avait mené à une amélioration distincte de la fluence verbale. Ainsi, nos résultats démontrent que les améliorations des fonctions exécutives sont spécifiques à chaque entraînement pratiqué. / Studies investigating effects of exercise on cognition in animals and human do not permit to clarify if these effects are specific to the type of exercise and if the cognitive gains for a developing brain are global or exclusive to certain cognitive functions. Considering the neuronal circuit between the cerebellum and the dorsolateral prefrontal cortex, we hypothesized that neuromotor training will improve executive functions associated with prefrontal cortex. Since aerobic training positively affected different cognitive functions in previous studies, we hypothesize that this type of exercise will improve executive functions and long-term memory. Three sixth grade classes (mean age = 11.4 years) were randomly assigned to neuromotor (n=20), aerobic (n=19), and control (n=15) conditions. We ensured that the motor training did not stimulate aerobic capacity and that the aerobic intervention was devoid of a motor training component. The exercise sessions for the two training groups consisted in 30 minutes per school day, took place during class time, and lasted for 10 weeks; the control group followed the regular school program. Motor and cognitive tests were administered before and after the intervention. A series of ANOVA’s revealed that neuromotor training enhanced verbal fluency with a marginal effect on verb generation, executive functions related to the fronto-cerebellar circuit, and that aerobic training led to a marginal improvement for verbal fluency. Therefore, our results showed differential improvements in executive functions induced by both neuromotor and aerobic training.

La méditation par le ‘mindfulness’ favorise la stabilité émotionelle, mais les mécanismes neuroneux qui sous-tendent ces effets sont peu connus. Ce projet investiga l’effet du ‘mindfulness’ sur les réponses cérébrales et subjectives à des images négatives, positives et neutres chez des méditants expérimentés et des débutants au moyen de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Le ‘mindfulness’ atténua l’intensité émotionelle via différents mécanismes cérébraux pour chaque groupe. Comparés aux méditants, les débutants manifestèrent une déactivation de l’amygdale en réponse aux stimuli émotifs durant le ‘mindfulness’. Comparés aux débutants, les méditants exhibèrent une déactivation de régions du réseau du mode par défaut (RMD) pendant le ‘mindfulness’ pour tous stimuli (cortex médian préfrontal [CMP], cortex cingulaire postérieur [CCP]). Le RMD est constitué de régions fonctionnellement connectées, activées au repos et déactivées lors de tâches explicites. Cependant, nous ne connaissons pas les impacts de l’entraînement par la méditation sur la connectivité entre régions du RMD et si ces effets persistent au-delà d’un état méditatif. La connectivité fonctionnelle entre régions du RMD chez les méditants et débutants au repos fut investiguée au moyen de l’IRMf. Comparés aux débutants, les méditants montrèrent une connectivité affaiblie entre subdivisions du CMP, et une connectivité accrue entre le lobule pariétal inférieur et trois regions du RMD. Ces résultats reflètent que les bienfaits immédiats du ‘mindfulness’ sur la psychopathologie pourraient être dûs à une déactivation de régions limbiques impliquées dans la réactivité émotionelle. De plus, les bienfaits à long-terme de la méditation sur la stabilité émotionelle pourrait être dûs à une déactivation de régions corticales et cingulaires impliquées dans l’évaluation de la signification émotive et une connectivité altérée entre régions du RMD à l’état de repos. / Mindfulness meditation promotes emotional stability, yet little is known of the brain mechanisms through which this is achieved. The impact of mindfulness on the neural and subjective responses to negative, positive, and neutral pictures in experienced meditators and beginners was investigated using functional magnetic resonance imaging (fMRI). Mindfulness attenuated emotional intensity via distinct neural pathways for each group. For beginners, mindfulness induced a deactivation of the amygdala during emotional processing compared to meditators. For meditators (relative to beginners), mindfulness induced deactivations of areas involved in the evaluation of emotional significance and the default mode network (DMN) across all picture categories (medial prefrontal cortex [MPFC], posterior cingulate cortex). The DMN consists of functionally connected brain areas typically activated at rest and deactivated during goal-directed tasks. It remains unknown whether meditation training influences functional connectivity within DMN regions, and if so, whether these effects persist beyond a state of meditation per se. Functional connectivity within DMN regions at rest was examined using fMRI in beginners and meditators. Relative to beginners, meditators exhibited decreased connectivity between MPFC subdivisions, and increased connectivity between the right inferior parietal lobule and three other DMN regions. These findings may reflect that early beneficial effects of mindfulness on psychopathology are due to deactivations of limbic regions involved in emotional reactivity. On the other hand, long-term effects of meditation on emotional stability may occur through a down-regulation of prefrontal and cingulate regions involved in the evaluation of emotional significance, and altered functional connectivity within DMN regions at rest.

Le traitement visuel répété d’un visage inconnu entraîne une suppression de l’activité neuronale dans les régions préférentielles aux visages du cortex occipito-temporal. Cette «suppression neuronale» (SN) est un mécanisme primitif hautement impliqué dans l’apprentissage de visages, pouvant être détecté par une réduction de l’amplitude de la composante N170, un potentiel relié à l’événement (PRE), au-dessus du cortex occipito-temporal. Le cortex préfrontal dorsolatéral (CPDL) influence le traitement et l’encodage visuel, mais sa contribution à la SN de la N170 demeure inconnue. Nous avons utilisé la stimulation électrique transcrânienne à courant direct (SETCD) pour moduler l’excitabilité corticale du CPDL de 14 adultes sains lors de l’apprentissage de visages inconnus. Trois conditions de stimulation étaient utilisées: inhibition à droite, excitation à droite et placebo. Pendant l’apprentissage, l’EEG était enregistré afin d’évaluer la SN de la P100, la N170 et la P300. Trois jours suivant l’apprentissage, une tâche de reconnaissance était administrée où les performances en pourcentage de bonnes réponses et temps de réaction (TR) étaient enregistrées. Les résultats indiquent que la condition d’excitation à droite a facilité la SN de la N170 et a augmentée l’amplitude de la P300, entraînant une reconnaissance des visages plus rapide à long-terme. À l’inverse, la condition d’inhibition à droite a causé une augmentation de l’amplitude de la N170 et des TR plus lents, sans affecter la P300. Ces résultats sont les premiers à démontrer que la modulation d’excitabilité du CPDL puisse influencer l’encodage visuel de visages inconnus, soulignant l’importance du CPDL dans les mécanismes d’apprentissage de base. / Repeated visual processing of an unfamiliar face suppresses neural activity in face-specific areas of the occipito-temporal cortex. This "repetition suppression" (RS) is a primitive mechanism involved in learning of unfamiliar faces, which can be detected through amplitude reduction of the N170 event-related potential (ERP). The dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) exerts top-down influence on early visual processing. However, its contribution to N170 RS and learning of unfamiliar faces remains unclear. Transcranial direct current stimulation (tDCS) transiently increases or decreases cortical excitability, as a function of polarity. We hypothesized that DLPFC excitability modulation by tDCS would cause polarity-dependent modulations of N170 RS during encoding of unfamiliar faces. tDCS-induced N170 RS enhancement would improve long-term recognition reaction time (RT) and/or accuracy rates, whereas N170 RS impairment would compromise recognition ability. Participants underwent three tDCS conditions in random order at ~72 hour intervals: right anodal/left cathodal, right cathodal/left anodal and sham. Immediately following tDCS conditions, an EEG was recorded during encoding of unfamiliar faces for assessment of P100 and N170 visual ERPs. P300 was analyzed to detect prefrontal function modulation. Recognition tasks were administered ~72 hours following encoding. Results indicate the right anodal/left cathodal condition facilitated N170 RS and induced larger P300 amplitudes, leading to faster recognition RT. Conversely, the right cathodal/left anodal condition caused increases in N170 amplitudes and RT, but did not affect P300. These data are the first to demonstrate that DLPFC excitability modulation can influence early visual encoding of unfamiliar faces, highlighting the importance of DLPFC in basic learning mechanisms.

Des études récentes ont montré que le noyau caudé interagissait avec le cortex préfrontal et qu’il pourrait être impliqué dans les fonctions exécutives. Le but de cette thèse était d’étudier la contribution du noyau caudé dans les fonctions exécutives, plus précisément dans des tâches de monitoring et de changement de règle, et d’observer comment ces régions fronto-striatales interagissent avec le réseau par défaut (RPD). Dans un premier temps, nous avons étudié le rôle du noyau caudé dans les deux types de monitoring : le monitoring d’origine interne, consistant à effectuer un suivi sur l’état de l’information en mémoire de travail afin de pouvoir faire un choix subséquent, et dans le monitoring d’origine externe où le suivi sur l’état des items est effectué par l’individu, mais la sélection est exécutée par une source externe. Il a été montré que le cortex préfrontal dorsolatéral (CPFDL) est impliqué dans les deux types de monitoring. À l’aide de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), nos résultats ont montré une augmentation significative du signal BOLD au niveau du CPFDL dans les contrastes des conditions de monitoring d’origine interne et monitoring d’origine externe par rapport à la condition contrôle. De manière plus importante, une augmentation significative de l’activité a été observée dans le noyau caudé seulement dans les soustractions impliquant le monitoring d’origine interne par rapport à la condition contrôle, et par rapport à la condition de monitoring d’origine externe. En deuxième lieu, des études ont montré une contribution spécifique des régions fronto-striatales dans l’exécution d’un changement de règle. Toutefois, l’effet d’un changement de règle sur l’activité cérébrale n’a jamais été étudié sur les essais subséquents. À l’aide de l’IRMf, le cortex préfrontal ventrolatéral (CPFVL) et le noyau caudé ont montré une augmentation significative de leur activité lors des changements de règle continus et lors des changements de règles sporadiques par rapport à la condition contrôle, et aussi lors des essais où le maintien d’une même règle devait être effectué pour une courte durée par opposition au contrôle. Cependant, aucune activité fronto-striatale n’a été observée lorsqu’une même règle devait être appliquée pour une plus longue période. De plus, une diminution significative de l’activité du noyau caudé a été observée lors de la répétition de l’exécution d’une même règle suggérant une meilleure intégration de cette dernière. Finalement, plusieurs études ont montré une déactivation du RPD lors de l’exécution de tâches. À l’aide de l’IRMf, nous avons posé l’hypothèse que le RPD serait corrélé négativement avec les régions fronto-striatales lors de l’exécution d’une tâche de changement de règle. Nos résultats montrent une augmentation significative de l’activité des régions fronto-striatales lors d’une augmentation du nombre d’essais de changement de règle consécutif, pendant que le RPD montre une déactivation continue. De façon intéressante, pendant que les régions fronto-striatales montrent une diminution de leur activité lors de l’exécution d’une même règle pour une longue période, le RPD augmente son activité de façon significative. On conclut donc que le noyau caudé joue un rôle important dans la planification d’une nouvelle action lorsque plusieurs possibilités doivent être considérées en mémoire de travail, et ce en même temps. Finalement, le RPD montre une corrélation négative avec les régions fronto-striatales suggérant sa participation dans l’intégration d’une tâche devenant de plus en plus familière. / Recent studies have shown that the caudate nucleus interacts with the prefrontal cortex, and that it is involved in executive processes. The goal of the thesis was to investigate the role of the caudate nucleus in executive processes, and to observe how the frontostriatal regions are interacting with the default mode network (DMN). Firstly, we studied the role of the caudate nucleus in self-ordered monitoring, which consist of keeping track of which stimuli have been selected and which remains to be selected, and externally-triggered monitoring, which refers to keeping track of one’s selection when an external source is performing the selection. It has been shown that de dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) was particularly involved in both types of monitoring. Using functional magnetic resonance imaging (fMRI), a significant increase of activity has been observed in the DLPFC during both monitoring conditions vs control condition. Importantly, significant increased activity in the caudate nucleus was observed only in subtractions involving self-ordered monitoring (the self-ordered vs control and self-ordered vs externally-triggered conditions). Secondly, previous studies have shown a specific contribution of frontostriatal regions during set-shifting. However, the effect of set-shifting on subsequent trials had yet to be determined. Using fMRI, significant increase of activity was observed in the ventrolateral prefrontal cortex (VLPFC) and the caudate nucleus during shifting trials versus control and in trials where the same rule was applied for a few trials before a set-shift occurred. However, no frontostriatal activity was observed when the same rule was applied for a longer period. Decreased activity in the caudate nucleus correlated with increasing trial position in trials where no set-shift occurred, suggesting that the more a rule is executed, the better it is established. Finally, several studies have shown a deactivation of the DMN during the execution of a goal-directed task. Using fMRI, we hypothesized that the DMN was negatively correlated with the frontostriatal regions during the execution of a set-shifting task. Our results showed a significant increase of activity in the frontostriatal regions as more set-shifts are being performed while the DMN gets more deactivated. Interestingly, as decreased activity was observed in the frontostriatal regions during the execution of the same rule for a long period, the DMN showed increasing activity. We concluded that the caudate nucleus is specifically involved during the planning of a novel action when several possibilities are available at the same time. Finally, the DMN shows a negative correlation with the frontostriatal regions suggesting its contribution to the execution of a more familiar task.

Jusqu'à récemment, les patients souffrant d'épilepsie réfractaire aux traitements médicamenteux étaient destinés à un avenir incertain. Le recours à la chirurgie comme traitement alternatif offre l'espoir de mener un jour une vie normale. Pour déterminer si un patient peut bénéficier d’une intervention chirurgicale, une évaluation complète est cruciale. Les méthodes d’évaluation préchirurgicale ont connu des progrès importants au cours des dernières décennies avec le perfectionnement des techniques d’imagerie cérébrale. Parmi ces techniques, la spectroscopie proche infrarouge (SPIR), aussi connue sous le nom d’imagerie optique, présente de nombreux avantages (coût, mobilité du participant, résolution spatiale et temporelle, etc.). L’objectif principal de cette étude est de développer un protocole d'évaluation préchirurgicale de la mémoire. Une tâche de mémoire verbale incluant l’encodage, le rappel immédiat et le rappel différé de listes de mots a été administrée à dix adultes sains lors d’un enregistrement en imagerie optique. Les résultats obtenus suggèrent l’activation bilatérale des aires préfrontales antérieures et dorsolatérales ainsi que des aires temporales antérieures et moyennes. Les aires préfrontales et temporales antérieures semblent modulées par les différents processus mnésiques et la position du rappel dans le temps. La première fois qu’une liste est rappelée, l’activité hémodynamique est plus élevée que lors des rappels subséquents, et ce, davantage dans l’hémisphère gauche que dans l’hémisphère droit. Cette étude constitue la première étape dans le processus de validation du protocole à des fins cliniques auprès de patients épileptiques. / Until recently, patients with epilepsy refractory to drug treatments were intended to an uncertain future. Surgery as an alternative treatment offers hope to, one day, lead a normal life. In order to determine if a patient may benefit from a surgical intervention, a complete evaluation is essential. With the advancements in brain imagery techniques over the last few decades, preoperative evaluation methods have seen important progress. Among these techniques, near infrared spectroscopy (NIRS), also known as optical imaging, presents numerous advantages (cost, participant mobility, spatial and temporal resolution, etc.). The purpose of this study is to develop a preoperative evaluation protocol for memory assessment. During a NIRS recording, a verbal memory task including encoding, immediate and delayed free-recall of a list of words was administered to ten healthy adults. The results obtained revealed bilateral activation of anterior and dorsolateral prefrontal areas as well as anterior and median temporal areas. Prefrontal and anterior temporal areas seemed to be regulated by different memory processes and the recall location in time. The first time that a list is recalled, increased hemodynamic activity is observed in comparison to subsequent recalls, with a greater activity in the left hemisphere than in the right hemisphere. This study constitutes the first step in the validation process of the protocol for clinical needs among epileptic patients.

Bien que le passage du temps altère le cerveau, la cognition ne suit pas nécessairement le même destin. En effet, il existe des mécanismes compensatoires qui permettent de préserver la cognition (réserve cognitive) malgré le vieillissement. Les personnes âgées peuvent utiliser de nouveaux circuits neuronaux (compensation neuronale) ou des circuits existants moins susceptibles aux effets du vieillissement (réserve neuronale) pour maintenir un haut niveau de performance cognitive. Toutefois, la façon dont ces mécanismes affectent l’activité corticale et striatale lors de tâches impliquant des changements de règles (set-shifting) et durant le traitement sémantique et phonologique n’a pas été extensivement explorée. Le but de cette thèse est d’explorer comment le vieillissement affecte les patrons d’activité cérébrale dans les processus exécutifs d’une part et dans l’utilisation de règles lexicales d’autre part. Pour cela nous avons utilisé l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) lors de la performance d’une tâche lexicale analogue à celle du Wisconsin. Cette tâche a été fortement liée à de l’activité fronto-stritale lors des changements de règles, ainsi qu’à la mobilisation de régions associées au traitement sémantique et phonologique lors de décisions sémantiques et phonologiques, respectivement. Par conséquent, nous avons comparé l’activité cérébrale de jeunes individus (18 à 35 ans) à celle d’individus âgés (55 à 75 ans) lors de l’exécution de cette tâche. Les deux groupes ont montré l’implication de boucles fronto-striatales associées à la planification et à l’exécution de changements de règle. Toutefois, alors que les jeunes semblaient activer une « boucle cognitive » (cortex préfrontal ventrolatéral, noyau caudé et thalamus) lorsqu’ils se voyaient indiquer qu’un changement de règle était requis, et une « boucle motrice » (cortex postérieur préfrontal et putamen) lorsqu’ils devaient effectuer le changement, les participants âgés montraient une activation des deux boucles lors de l’exécution des changements de règle seulement. Les jeunes adultes tendaient à présenter une augmentation de l’activité du cortex préfrontal ventrolatéral, du gyrus fusiforme, du lobe ventral temporale et du noyau caudé lors des décisions sémantiques, ainsi que de l’activité au niveau de l’aire de Broca postérieur, de la junction temporopariétale et du cortex moteur lors de décisions phonologiques. Les participants âgés ont montré de l’activité au niveau du cortex préfrontal latéral et moteur durant les deux types de décisions lexicales. De plus, lorsque les décisions sémantiques et phonologiques ont été comparées entre elles, les jeunes ont montré des différences significatives au niveau de plusieurs régions cérébrales, mais pas les âgés. En conclusion, notre première étude a montré, lors du set-shifting, un délai de l’activité cérébrale chez les personnes âgées. Cela nous a permis de conceptualiser l’Hypothèse Temporelle de Compensation (troisième manuscrit) qui consiste en l’existence d’un mécanisme compensatoire caractérisé par un délai d’activité cérébrale lié au vieillissement permettant de préserver la cognition au détriment de la vitesse d’exécution. En ce qui concerne les processus langagiers (deuxième étude), les circuits sémantiques et phonologiques semblent se fusionner dans un seul circuit chez les individus âgés, cela représente vraisemblablement des mécanismes de réserve et de compensation neuronales qui permettent de préserver les habilités langagières. / As the one’s brain is structurally altered by the passage of time, cognition does not have to suffer the same faith, at least not to the same extent. Indeed, age-related compensatory mechanisms allow for some cognitive preservation. The elderly can therefore use new compensatory neuronal networks (neural compensation) or flexible pathways that are less susceptible to disruption (neural reserve) in order to maintain high levels of performance (cognitive reserve) during cognitive tasks. However, how these mechanisms affect cortical and striatal activity during set-shifting as well as during semantic and phonological processing has not been extensively explored. The purpose of this thesis was therefore to investigate how aging affects patterns of neural activity related to executive processes on the one hand and the use of lexical rules on the other. To this end we used functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) during the performance of a lexical analogue of the Wisconsin Card-Sorting Test. This task has been shown to strongly depend on fronto-striatal activity during set-shifting as well as on regions associated with semantic and phonological processing during semantic and phonological decisions, respectively. Two groups participated in our fMRI protocol: young individuals (18 to 35 years old) and older individuals (55 to 75 years old). Both younger and older individuals revealed significant fronto-striatal loop activity associated with planning and execution of set-shifts. However, while the younger group showed the involvement of a “cognitive loop” (including the ventrolateral prefrontal cortex, the caudate nucleus and the thalamus) when instructed that a set-shift would be required on following trial, and the involvement of a “motor loop” (including the posterior prefrontal cortex and the putamen) when the set-shift had to be performed, the older participants showed significant activation of both loops during the execution of the set-shift (matching periods) only. Young adults tended to present increased activity in the ventrolateral prefrontal cortex, the dorsolateral prefrontal cortex, the fusiform gyrus, the ventral temporal lobe and the caudate nucleus during semantic decisions and in the posterior Broca’s area, the temporoparietal junction and the motor cortical regions during phonological decisions, older individuals showed increased activity in the lateral prefrontal cortex and motor cortical regions during both semantic and phonological decisions. Furthermore, when semantic and phonological decisions were contrasted with each other, younger individuals showed significant brain activity differences in several regions while older individuals did not. In conclusion, our first study showed an age-related delayed cerebral activation phenomenon during set-shifting (previously observed only in few memory and language tasks). Based on those findings, we conceptualised the Temporal Hypothesis of Compensation (third manuscript) which is the existence of a compensatory mechanism characterised by age-related delayed cerebral activation allowing for cognitive performance to be preserved at the expense of speed processing. Regarding language processing (second study), semantic and phonological routes seem to merge into a single pathway in the elderly; these findings represent most probably neural reserve/compensation mechanisms on which the elderly rely to maintain an adequate level of performance.