Les mécanismes cérébraux engagés dans la prise de décision sont loin d’être compris. Ils peuvent cependant être décomposés en plusieurs étapes : il s’agit premièrement d’assigner une « valeur » aux options considérées, c’est-à-dire une quantification subjective du désir d’obtenir chacune d’entre elles. Ensuite, il faut les comparer afin d’être capable de sélectionner celle qui a la plus grande valeur. L’assignation d’une valeur à un objet semble être effectuée par un réseau cérébral qui recoupe le réseau de la récompense identifié chez l’animal et il a été logiquement nommé le « système cérébral des valeurs ». Le travail réalisé dans cette thèse s’intéresse à la notion de valeur et aux moyens d’y avoir accès, aux propriétés du réseau cérébral d’évaluation et à son implication dans le processus de décision. La première étude a montré que les moyens utilisés pour mesurer les valeurs pouvaient être considérés comme équivalents. La deuxième étude, réalisée sur des données d’intra-électroencéphalographie humaine, a permis d’étudier la dynamique neurale du réseau cérébral d’évaluation, mais aussi d’étudier ses propriétés. La dernière expérience, faite en IRMf propose une solution générale sur l’implémentation neurale du processus de décision et révèle des mécanismes sources de biais dans le comportement jusqu’ici inexplorés. Les résultats de ces études considérés dans leur ensemble mettent en lumière certains mécanismes cognitifs de la prise de décision en explorant les propriétés neurales d’assignation de valeurs mais également en proposant un nouveau cadre d’implémentation de la décision elle-même. / Neural processes engaged in decision-making remain unclear. A decomposition of these processes might help us to understand the involved mechanisms. Indeed, first we need to assign what we will call a ‘subjective value’ to each option – i.e. the quantification of how much we like each of these options. Then, we need to compare those values to finally being able to select one of them. Assigning a value seems to be the function of an interesting brain network which overlaps the reward circuitry identified in animal studies – and which is called the Brain Valuation System (BVS). In the first study of this PhD thesis, we investigated and compared three behavioral ways to have an access to these ‘subjective values’. We found that subjective values were relatively robust to the way they were elicited. In the second study, we investigated the specific properties of the Brain Valuation System established through fMRI in humans in a large dataset of intra-EEG recordings in epileptic patients. Finally, in the last study we investigated how this brain network was involved during a binary choice in fMRI. Altogether, our findings shed light on the distinct cognitive mechanisms underlying value-based decision-making i) by exploring the neural properties of value assignment and ii) by proposing a general solution to the neural implementation of the comparison between option values. We believe this demonstration points to hidden default policies as sources of bias in choices.

Le sommeil a un effet sur la mémoire mais également sur l'oubli. Nous avons soumis des rats à des tâches impliquant différents degrés d'oubli. Ces tâches, impliquant mémoire de référence (MR), ou mémoire de travail (MT) avec différents niveaux d'interférences, ont été réalisées dans un même dispositif comportemental. Alors que nous avons observés une augmentation du sommeil paradoxal (SP) lors de la tâche de MR, les performances en MT nécessitant l'oubli sont dépendantes du sommeil lent (SL). Seuls les rats entrainés en MR montrent une augmentation du thêta phasique durant le SP, ainsi que des fuseaux durant le SL. Ces résultats indiquent donc un rôle du SP dans les apprentissages spatiaux à long terme alors que la flexibilité comportementale requise en MT semble dépendante du SL. Il existe de nombreuses évidences suggérant que l'apprentissage résulte de modifications synaptiques, et différentes théories suggèrent des rôles différents du SL et du SP dans ces changements. Nous avons donc ensuite examiné l'évolution de la transmission synaptique dans l'hippocampe (HPC), mais aussi entre l'HPC et le cortex préfrontal médian (CPFm) ainsi que le noyau accumbens (NAc). Alors que le SL accroit la transmission synaptique dans l'HPC, le SP la diminue. Au niveau des efférences de l'HPC, le SL diminue la transmission vers le CPFm alors que les épisodes de SP favorisent la communication vers le NAc. Plutôt que de favoriser globalement des processus communs à l'ensemble du cerveau, nos résultats suggèrent que le SL et le SP permettent de rediriger les flux d'informations entre différents réseaux, et que cet aiguillage de l'information est modulé par les oscillations du sommeil / Numerous studies have now demonstrated that sleep has a beneficial influence on memory but also impact forgetting. We have submitted rats to behavioral tasks involving different levels of forgetting. These tasks, implying reference memory (RM) or working memory (WM) with different level of interferences, were executed in the same behavioral apparatus. Whereas we observed an increase of paradoxical sleep (PS) during the RM training, the WM tasks requiring forgetting are dependent on slow-wave sleep (SWS). Only the RM trained rats exhibited an increase in theta bursts during PS, as well as spindles during SWS. These results thus indicate the role of PS in long-term spatial learning, whereas behavioral flexibility required by WM tasks is dependent on SWS. Numerous pieces of evidence suggest that learning is caused by modifications of synaptic connections, and different theories suggest different roles of the SWS and PS to optimize these changes. We sought to understand the evolution of synaptic transmission in the hippocampal network but also between the hippocampus (HPC) and the medial prefrontal cortex (mPFC), as well as between the HPC and the nucleus accumbens (NAc). While SWS increases synaptic transmission in the HPC, PS decreases it rapidly. In contrast and regarding hippocampal efferents, SWS reduces transmission to the mPFC while PS enhances transmission to the NAc. In contrast to the hypotheses posing that sleep promotes a global process common to the entire brain; our results suggest that SWS and PS redirect data flows between different networks, and that this switch between different information pathways could be modulated by the various sleep oscillations

La trisomie 21 est la première cause de retard mental, phénotype majeur de la maladie. Elle est due à la présence d’un chromosome 21 supplémentaire. De nombreux gènes sont présents sur ce chromosome mais quelques-uns ont été proposés comme candidats pour les phénotypes neurocognitifs associés à la maladie, notamment le gène Dyrk1a. Il code pour une sérine-thréonine kinase, DYRK1A, à rôle majeur dans le développement cérébral et l’activité synaptique. Le cortex préfrontal sous-tend un ensemble de fonctions cognitives supérieures dont les fonctions exécutives et est impliqué dans la régulation du comportement émotionnel et de l’humeur, composantes largement affectées dans la trisomie 21. Ce travail de thèse a permis de caractériser des défauts majeurs de la transmission et la plasticité synaptique glutamatergique au sein du cortex préfrontal de deux modèles murins différents de trisomie 21: le modèle mBACtgDyrk1a surexprimant le gène murin Dyrk1a et le modèle Ts65Dn surexprimant 130 gènes de l’analogue murin du chromosome 21 dont Dyrk1a. Un autre versant de l’étude a concerné l’utilisation d’un composé inhibiteur de l’activité DYRK1A ou d’autres cibles cellulaires pour corriger les altérations préfrontales observées, constituant ainsi de nouvelles pistes thérapeutiques pour les phénotypes neurocognitifs associés à la trisomie 21. / Down syndrome is the major cause of mental retardation, the main phenotype of the pathology. It is due to an extra chromosome 21. Many genes have been proposed as candidates for the neurocognitive phenotypes of Down syndrome, notably Dyrk1a. It encodes the serine-threonine kinase DYRK1A which is involved in brain development and synaptic functions. The prefrontal cortex mediates higher cognitive functions, such as executive functions and emotional regulation. This study highlighted major deficits in prefrontal cortex glutamatergic transmission and plasticity of two mouse models for Down syndrome: the overexpressing Dyrk1a mBACtgDyrk1a model and the Ts65Dn model, overexpressing around 130 murine orthologous genes of HSAS21 chromosome. Another aspect of this study was the development of new effective therapeutic strategy for Down syndrome neurocognitive phenotypes based on DYRK1A or other cellular targets activity inhibition.

La mémoire épisodique, notre capacité de se rappeler des épisodes particuliers de notre vie, a été initialement définie chez l'homme en termes de l'information qu'elle contient, quel événement a eu lieu, où et dans quel contexte /quand s'est-il produit? La démonstration de l'existence de cette forme de mémoire chez l'animal a été réalisée chez le geais buissonnier. En effet, cet oiseau cacheur est capable de former une représentation mentale complexe du type de nourriture qu'il a caché, où et quand. Cette forme de mémoire qualifiée d' « episodic-like » a depuis une dizaine d'année été établie chez le rongeur. Au cours de ma thèse, j'ai suivi deux objectifs: valider un nouveau paradigme de mémoire épisodique chez le rat et l'utiliser pour étudier les circuits neuronaux qui sous-tendent cette forme particulière de mémoire. La première partie du manuscrit présente le développement et la validation d'un protocole original destiné à l'étude de la mémoire épisodique chez le rat. Lors de la conception de cette tâche, nous avons essayé de réduire au minimum la procédure d'entrainement des animaux afin de préserver l'essence même de la mémoire épisodique qui est la mémoire d'épisodes uniques. Pendant la tâche les rats ont été exposés à deux épisodes différents, au cours desquels des combinaisons uniques odeurs-place (information « quoi et où ») ont été présentées dans des contextes différents enrichis et multi-sensoriels (information « dans quel contexte »). Nous avons démontré que certains rats («ww») étaient capables de former des associations de mémoire (« episodic-like ») qui leur permettent de se souvenir de l'intégralité de l'épisode présenté après des délais courts (24h) et longs (24 jours) et dans différentes situations de rappel, tandis que d'autres («rest») ne se souvenaient que partiellement des informations présentes lors de l'épisode. Une approche pharmacologique réalisée lors de la validation de la tâche nous a permis de confirmer que l'hippocampe dorsal était nécessaire au rappel épisodique complet. Dans une version étendue du protocole dans laquelle des rats ont été exposés à deux épisodes supplémentaires, nous avons trouvé que l'expérience des épisodes préalablement acquis par les rats facilite l'encodage de nouveaux épisodes et que la mémoire de ces épisodes est plus stable. La deuxième partie de la thèse présente une première approche de l'étude des circuits neuronaux sous tendant la formation et la récupération de la mémoire épisodique. L'approche méthodologique utilisée est l'enregistrement multi-site de potentiels de champs locaux chez l'animal vigile. Le réseau de structures enregistrées inclut les aires sensorielles olfactives, des régions du cortex préfrontal médian et latéral ainsi que les régions dorsales et ventrales de l'hippocampe. Après avoir extrait des signaux le contenu fréquentiel dans deux bandes de fréquences (béta et théta), nous avons analysé les variations de puissance de l'activité oscillatoire dans ces bandes en utilisant des analyses en transformées de Hilbert et ondelette de Morlet. La période d'analyse est centrée sur l'échantillonnage de l'odeur, dernière information traitée avant que l'animal produise sa réponse comportementale. Les changements de puissance dans les deux bandes en réponse à l'odeur ont été comparés dans les différentes situations expérimentales pour les rats «ww» et les rats «rest». Les résultats obtenus montrent que le réseau de structures activées dans la bande béta en réponse à l'odeur est différent en fonction du profil de rappel des animaux (les rats du profil «ww» versus les rats «rest») à la fois en encodage et en situation de rappel. L'activité dans le réseau est également différente en fonction du type de réponse (hit versus rejet correct) / Episodic memory, our capacity to recollect particular life episodes, has been initially defined in terms of the information it contains, what kind of event, where and in which context/when did it take place. Pioneering studies on food-caching birds have demonstrated that animals are also able to form such complex memories, referred to as episodic-like memories in animals, however its modelling in rodents has proved challenging. The aim of this thesis was twofold: further development and validation in rats of a new episodic-like memory paradigm and study of neural circuits involved in formation and retrieval of this particular memory. The first part of the thesis presents the original behavioral paradigm developed in our group. In our task we tried to minimize training procedure in order to preserve the nature of episodic memory which is the memory for unique life episodes. Hereby rats were exposed to two different episodes, during which unique odor-place combinations (“what and where” information) were presented in different enriched multisensory contexts (“in which context” information). We found that some rats (“ww” group) were indeed able to form episodic-like memory associations which can be recalled after short (24 h) and long delays (24 days) in different experimental situations, while other animals (“rest” group) remembered only parts of the information contained in the initial episodes. Using pharmacological inactivation of dorsal hippocampus we have demonstrated that hippocampus is required specifically for retrieval of associated episodic-like memory information, but not for retrieval of single elements of the presented episodes in our task. In an extended version of the protocol in which rats were exposed to two additional episodes we found that previously acquired experience of the rats facilitates the encoding of new episodes and that the memory of these new episodes is more stable. The second part of the manuscript presents the first approach to study neural circuits involved in episodic-like memory encoding and retrieval in our task. Electrophysiological methodology was based on local field potential recordings obtained in parallel in several brain regions in behaving animals. The network of structures investigated included olfactory neocortical brain areas, brain regions in lateral and medial prefrontal cortex and the dorsal and ventral part of the hippocampus. The analysis was based on the estimation of magnitude of the oscillatory activity (described as power changes) in theta and beta frequency bands using Hilbert and Morlet wavelet transform for the analyses. The power analysis evolved around odor sampling event which constituted the last piece of information required for recollection of the whole episodic-like memory association. The odor-induced changes in power were compared between “ww” and “rest” animals in different experimental situations. We found that the network of activated brain regions in beta frequency band differed as a function of the memory profile of the rats (complete episodic-like memory recollection versus remembering partial information of the episodes) during both memory encoding as well as retrieval. We have also demonstrated that this active network changes when memory becomes consolidated (recent versus remote memory). Additionally we have shown that the activity in the network depends on the type of the response (hit versus correct rejection) given by the rat during memory encoding and retrieval. The network of brain regions that showed changes in theta power during memory formation and retrieval differed strongly from beta band network. In contrast to beta, the memory profile effect was much less prominent for theta band. However similarly to beta, there were also significant changes in network depending on the encoding session and the age of memory at test

Le but de cette thèse est d’investiguer l’organisation fonctionnelle du contrôle cognitif au sein du cortex préfrontal latéral dans la schizophrénie. Chez le sujet sain, Koechlin et coll. (Science, 2003) ont montré que le cortex préfrontal latéral était structuré en une cascade de processus de contrôle allant des régions antérieures aux régions postérieures, intégrant respectivement les informations épisodiques (événements antérieurs) et contextuelles (le contexte immédiat de l’action) au choix de l’action en réponse à un stimulus externe. En utilisant le paradigme expérimental de Koechlin et coll. en IRM fonctionnelle, nous avons investigué l’architecture fonctionnelle du contrôle cognitif au sein du cortex latéral préfrontal chez 15 patients schizophrènes et 14 sujets contrôles appariés. Dans une première étude, nous avons trouvé que les patients schizophrènes présentaient un déficit sélectif du contrôle contextuel associé à une hypoactivation des régions postérieures préfrontales, expliquant la désorganisation du discours et du comportement observés chez ces patients. Par ailleurs, les patients schizophrènes hyperactivaient leurs régions rostrales du cortex préfrontal latéral pendant le contrôle des informations de nature épisodique, ce que nous avons interprété comme une tentative de compensation infructueuse des dysfonctions du contrôle contextuel. Dans une seconde étude, nous avons montré que les patients schizophrènes présentaient également une perturbation du traitement top-down des informations de nature épisodique, liée à une dysconnectivité des régions rostrales vers les régions caudales du cortex préfrontal latéral. / The goal of this thesis is to investigate the functional organization of cognitive control within the LPFC in schizophrenia. We used a model postulating that cognitive control is functionally organized within the lateral prefrontal cortex (LPFC) as a cascade of representations ranging from premotor to anterior LPFC regions according to stimuli, the present perceptual context, and the temporal episode in which stimuli occur. Using functional magnetic resonance imaging, we investigated the functional architecture of cognitive control within the LPFC in 15 schizophrenic patients and 14 matched healthy controls. In a first study, we found that immediate contextual signals insufficiently bias the caudal LPFC activity required to select the appropriate behavioral representation. This specific deficit could thus alter the internal consistency of schizophrenic patients’ behavior. To compensate for this weakening of contextual influence, schizophrenic patients may inefficiently use temporal episodic information through higher activation in rostral LPFC regions. In a second study, we showed that schizophrenic patients inappropriately process episodic information flow along a rostro-caudal axis within the LPFC. This top-down episodic control dysfunction could lead to a disruption of episodic memory that could account for the patients’ difficulties in organizing their behavior across time. All the results argue in favor of both dysfunctional specialization and integration within the LPFC in schizophrenia.

Résumé : les benzodiazépines (BZD) et les antidépresseurs sont efficaces pour réduire l’anxiété, mais devant les effets indésirables que les BZD induisent et face au délai d’action des antidépresseurs, le développement de nouvelles stratégies constitue un besoin primordial. Récemment, il a été montré que l’activation du récepteur 5-HT4 (5-HT4R) pouvait représenter une cible d’action prometteuse. Bien qu’un certain nombre d’études ait évalué l’activité anxiolytique des agonistes du 5-HT4R, après une administration chronique, aucune étude n’a examiné leurs effets après une administration unique, ni même le circuit cérébral à la base de cette réponse comportementale. Nous avons donc cherché à savoir si l’activation aiguë du 5-HT4R via le recrutement des terminaisons neuronales glutamatergiques du cortex préfrontal médian (CPFm) se projetant sur le noyau du raphé dorsal (NRD), un circuit impliqué dans les processus émotionnels, induisait des effets anxiolytiques rapides, grâce à des outils pharmacologiques, électrophysiologiques et optogénétiques. L’administration unique par voie systémique ou intra-CPFm d’un agoniste du 5-HT4R a produit des effets anxiolytiques rapides chez la souris, associés à une augmentation de l’activité des neurones sérotoninergiques du NRD. L’activation des projections glutamatergiques du CPFm vers le NRD a permis de réduire l’anxiété des souris, alors que l’inhibition de ces projections a bloqué les effets anxiolytiques induits par l’injection unique intra-CPFm d’une BZD (diazépam) ou d’un agoniste du 5-HT4R (RS 67333). Toutefois, ces effets ne sont que partiellement bloqués après l’administration par voie systémique de ces composés, suggérant que le circuit cortex-raphé est un carrefour nécessaire mais non suffisant à l’activité anxiolytique du diazépam et du RS 67333. Enfin, l’administration prophylactique d’un agoniste du 5-HT4R avant l’induction d’un stress a prévenu le développement d’un phénotype anxio-dépressif chez la souris, laissant penser que cette molécule pourrait renforcer la résilience au stress des populations à risque. / Benzodiazepines (BZD) and antidepressants are effective in reducing anxiety, but adverse effects of BZD and the delayed onset of action of antidepressants emphasize the need to develop fast-acting new drugs. Recent studies indicated that activation of 5-HT4 receptor (5-HT4R) could be a promising target. Although a number of studies have assessed 5-HT4R agonist anxiolytic activity after chronic treatment, few of them have neither evaluated their anxiolytic profile acutely, neither the brain circuits involved in this behavioral activity. Here, we evaluated whether acute 5-HT4R activation in glutamatergic axon terminals arising from the medial prefrontal cortex (mPFC) to the dorsal raphe nucleus (DRN), a circuit involved in emotional processes, induced fast anxiolytic effects, using pharmacologic, electrophysiologic and optogenetic tools. Acute systemic administration and intra-mPFC infusion of 5-HT4R produced fast anxiolytic effects in mice and increased DRN serotonin cell firing. Optogenetically activating mPFC terminals targeting the DRN reduced anxiety in mice whereas silencing this circuit blocked BZD (diazepam) and 5-HT4R agonist (RS 67333) mPFC infusion -induced anxiolytic effects. However, anxiolytic effects induced by an acute systemic administration of both molecules were partially blocked after optogenetically inhibiting cortical glutamatergic terminals in the DRN, suggesting that cortex-brainstem neural circuit is necessary but not sufficient for a rapid activity of diazepam and RS 67333. Finally, the prophylactic administration of a 5-HT4R agonist before stress prevented the development of an anxio-depressive phenotype in mice, suggesting that this molecule could reinforce the resilience of population at risk.

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.

Ziel: Das Ziel der vorliegenden Studie war einen Zusammenhang zwischen posttraumatischen Riechstörungen und Frontalhirnläsionen zu beweisen. Methode: Dafür wurden 51 Patienten mit posttraumatischen Riechstörungen und 50 Patienten mit Riechstörungen anderer Ätiologie untersucht. Der Grad der Riechstörungen wurde mit dem orthonasalen Testverfahren der Sniffin‘ Sticks sowie dem retronasalem Schmeckpulvertest eingestuft. Zusätzlich wurden neuropsychologische Tests (TMT-A, COWA, WCST, d2-R) durchgeführt, um Funktionen, die als typisch für die Frontallappen angesehen werden, zu überprüfen. Außerdem sollte jeder Patient den Fragebogen des Beck Depressions Inventars für eine Einschätzung seiner depressiven Tendenz beantworten. Ergebnisse: Es konnte in beiden untersuchten Patientengruppen kein Zusammenhang zwischen dem Riechvermögen und der neuropsychologischen Leistung festgestellt werden. Allerdings wurde in der posttraumatischen Patientengruppe eine signifikante, inverse Korrelation zwischen der Punktzahl des BDI und der Punktzahl im Diskriminationstest beobachtet. In der Kontrollgruppe bestand zwischen diesen Faktoren kein Zusammenhang. Schlussfolgerungen: Trotz der Ergebnisse dieser Studie kann ein Zusammenhang zwischen posttraumatischen Riechstörungen und Frontalhirnläsionen nicht ausgeschlossen werden, da u.a. die Funktionen der Frontallappen aufgrund ihrer Komplexität und Unspezifität schwierig zu messen sind. Außerdem waren die Traumata der Patienten sowie der klinische Verlauf sehr variabel und individuell. Frontalhirnläsionen können allerdings dramatische Einschnitte bedeuten, auf die klinisch besonders geachtet werden sollte. Olfaktorische Probleme können darüber hinaus zusätzlich die Lebensqualität stark beeinträchtigen und sollten daher ebenfalls Bestandteil der posttraumatischen Diagnostik sein.:Inhaltsverzeichnis 1 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS IV 2 EINLEITUNG 1 2.1 POSTTRAUMATISCHER RIECHVERLUST 1 2.2 FRONTALHIRN 3 3 ZIELSETZUNG DER STUDIE 9 3.1 HYPOTHESE 9 3.2 ERWARTETE ERGEBNISSE 10 4 MATERIAL UND METHODEN 10 4.1 PATIENTEN 10 4.2 METHODEN 10 4.2.1 RIECHTESTS 10 4.2.2 NEUROPSYCHOLOGISCHE TESTS 17 4.3 STATISTISCHE AUSWERTUNG 24 5 ERGEBNISSE 25 5.1 DESKRIPTIVE STATISTIK 25 5.1.1 PATIENTENKOLLEKTIV 25 5.1.2 POSTTRAUMATISCHE PATIENTEN 27 5.1.3 KONTROLLGRUPPE 28 5.2 KORRELATIONSPRÜFUNGEN 29 5.2.1 KORRELATION DER ERGEBNISSE DER RIECHTESTS MIT DEN ERGEBNISSEN DER NEUROPSYCHOLOGISCHEN TESTS 29 5.2.2 KORRELATION DER NEUROPSYCHOLOGISCHEN TESTS UNTEREINANDER 35 5.2.3 KORRELATION DER ERGEBNISSE DER RIECHTESTS MIT DER PUNKTZAHL DES BDI 36 6 DISKUSSION 39 6.1 METHODEN 40 6.1.1 RIECHTESTS 40 6.1.2 NEUROPSYCHOLOGISCHE TESTS 41 6.1.3 BECK DEPRESSIONS INVENTAR 43 6.2 ERGEBNISSE 43 6.2.1 ZUSAMMENHANG RIECHLEISTUNG MIT ERGEBNISSEN DER NEUROPSYCHOLOGISCHEN TESTS 43 6.2.2 ZUSAMMENHANG DISKRIMINATIONSLEISTUNG MIT PUNKTZAHL DES BECK DEPRESSIONS INVENTARS 48 7 AUSBLICK 50 8 ZUSAMMENFASSUNG 52 9 SUMMARY 53 10 ABBILDUNGSVERZEICHNIS V 11 TABELLENVERZEICHNIS VII 12 LITERATURVERZEICHNIS VIII 13 ERKLÄRUNG ZUR ERÖFFNUNG DES PROMOTIONSVERFAHRENS XXI 14 EINHALTUNG DER AKTUELLEN GESETZLICHEN VORGABE XXII 15 DANKSAGUNG XXIII 16 CURRICULUM VITAE XXIV 17 PUBLIKATIONEN XXVI

Deficient self-control leads to shortsighted decisions and incurs severe personal and societal costs. Although neuroimaging has advanced our understanding of neural mechanisms underlying self-control, the ecological validity of laboratory tasks used to assess self-control remains largely unknown. To increase ecological validity and to test a specific hypothesis about the mechanisms underlying real-life self-control, we combined functional MRI during valuebased decision-making with smartphone-based assessment of real-life self-control in a large community sample (N = 194). Results showed that an increased propensity to make shortsighted decisions and commit self-control failures, both in the laboratory task as well as during real-life conflicts, was associated with a reduced modulation of neural value signals in the ventromedial prefrontal cortex in response to anticipated long-term consequences. These results constitute the first evidence that neural mechanisms mediating anticipations of future consequences not only account for self-control in laboratory tasks but also predict real-life self-control, thereby bridging the gap between laboratory research and real-life behavior.

<p>There has been a rapid shift in food environment of Western cultures that has increased consumption of diets high in fat and sugar, which have imparted negative effects on metabolic and neurocognitive health. There is also building evidence that the adverse effects of Western diet</p> <p>(WD) are different in males and females, such that males are impacted more at an earlier age and females are impacted later in life. The underlying biological mechanisms linking WD and neurocognitive health are often associated with energy dysregulation or neuroinflammation. WD</p> <p>disrupts glucose homeostasis and causes low grade inflammation in the body, and these can impact</p> <p>the brain by disrupting the blood-brain barrier (BBB). The BBB is the microvasculature found throughout the entire brain that tightly regulates what compounds get into the brain to ensure optimal neuronal function. WD disrupts the BBB, however, the effects of WD on BBB integrity</p> <p>in females and younger individuals remain largely unknown. Based on the metabolic and behavioral effects of WD, we hypothesized that the effects are age- and sex- specific. To test this, we gave male and female rats access to a WD for 8-10 weeks starting in juvenile period (post-natal</p> <p>day 21) or in adulthood (post-natal day 75), then measured body weight, behavior, glucose tolerance, the density of two different markers of BBB integrity. We also measured density of resident immune cells (microglia) to assess the relationship between inflammation and BBB integrity. First, we focused on the impact of hyperglycemia on the BBB since elevated glucose alters glucose transporter 1 (GLUT1). We found sex- and age- specific decreases in GLUT1 density in the prefrontal cortex and hippocampus—two brain regions commonly associated with neurocognitive impairments associated with WD. Correlational comparisons between WD and chow (CH) animals also found that the typically relationship between glucose tolerance and</p> <p>GLUT1 in the PFC and hippocampus were overall disrupted in WD animals. Second, we measured the leakage of albumin, a blood protein, since WD depletes the tight junctions that would typically prevent albumin from entering the brain and triggering a neuroinflammatory response. We did not find an increase in albumin density in WD animals, however, we found a main effect of age which</p> <p>offers insight to differential susceptibilities to BBB leakage. Third, we focused on inflammation and found that WD did not impact microglia density in our experiments, nor did it correlate with GLUT1, albumin, or behavior. Collectively, our findings support the hypothesis that the impact of</p> <p>WD on the BBB is sex- and age- specific, suggest that WD does not increase leakage of compounds such as albumin, and highlights the nuanced relationships between WD, metabolic disruption, behavioral deficits, and neuroinflammation.  </p>