L’impulsivité en toxicomanie : un regard sur les mécanismes neuronaux de la rechute à la nicotine

Contexte : Jusqu’à 90% des fumeurs qui tentent d’arrêter de fumer vont rechuter dans l’année suivant la date d’arrêt. L’impulsivité, au même titre que le « craving », a démontré être un bon facteur de prédiction de la rechute tabagique. Ainsi, la présente étude visait à évaluer, à l’aide de la neuroimagerie fonctionnelle, l’influence de l’impulsivité sur les mécanismes neuronaux du « craving » de la cigarette. Parmi les régions cérébrales impliquées dans le « craving » de la nicotine, les cortex préfrontal dorsolatéral, orbitofrontal et cingulaire sont d’importantes structures dans les processus de contrôle de soi. Méthodes : 31 fumeurs chroniques ont passé une session de neuroimagerie durant laquelle ils devaient regarder des images appétitives de cigarettes et des images neutres. Ils ont ensuite dû inscrire le « craving » ressenti à la vue des images et répondre à un questionnaire portant sur les traits de personnalité de l’impulsivité (BIS-11). Résultats : Tel qu’attendu, le score d’impulsivité était positivement corrélé au « craving » rapporté par les participants à la vue d’images de cigarettes. Au niveau cérébral, plus les fumeurs présentaient de forts traits d’impulsivité, moins grande était l’activité du cortex cingulaire postérieur (CCP) durant le « craving ». Enfin, l’activité du CCP présentait une connectivité fonctionnelle négative avec l’insula, le cortex préfrontal dorsolatéral et le cortex cingulaire antérieur. Conclusions : Comme le CCP est le siège des processus de mentalisation et de référence à soi, nous suggérons que plus les fumeurs étaient impulsifs, moins ils prenaient conscience de leur état et moins ils en exerçaient un contrôle, donc plus ils ressentaient de forts « cravings ». En poussant plus loin, nos résultats mettent l’accent sur l’aspect identitaire (le soi, les mémoires autobiographiques) et l’aspect d’introspection en toxicomanie : deux avenues à explorer.

L’effet du stress sur la douleur aiguë et chronique

Objectif : Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre l’effet du stress sur la douleur aiguë et chronique. Devis expérimental : 16 patients souffrant de douleur chronique lombalgique et 18 sujets contrôles ont participé à une étude d’imagerie par résonance magnétique (IRM) et ont collecté des échantillons de salive afin de quantifier les niveaux d’hormone de stress (i.e. cortisol) la journée de l’étude (réponse réactive) et durant les sept jours consécutifs suivants (réponse basale). Étude 1 : Une première étude a examiné le lien entre les niveaux de cortisol basal, le volume de l’hippocampe et l’activité cérébrale évoquée par la douleur thermique chez des patients souffrant de douleur chronique et les sujets contrôles. Les résultats révèlent que les patients souffrant de douleur chronique avaient des niveaux de cortisol plus élevés que ceux des sujets contrôles. Chez ces patients, un niveau élevé de cortisol était associé à un plus petit volume de l'hippocampe et à davantage d’activation dans le gyrus parahippocampique antérieure (une région impliquée dans l'anxiété anticipatoire et l'apprentissage associatif). De plus, une analyse de médiation a montré que le niveau de cortisol basal et la force de la réponse parahippocampique explique statistiquement l’association négative entre le volume de l'hippocampe et l'intensité de la douleur chronique. Ces résultats suggèrent que l’activité endocrinienne plus élevée chez les patients ayant un plus petit hippocampe modifie le fonctionnement du complexe hippocampique et contribue à l’intensité de la douleur chronique. Étude 2 : La deuxième étude a évalué la contribution de la réponse de stress réactif aux différences interindividuelles dans la perception de la douleur aiguë chez des patients souffrant de douleur chronique et chez des sujets normaux. Les deux groupes ont montré des augmentations significatives du niveau de cortisol en réponse à des stimulations nocives administrées dans un contexte d’IRM suggérant ainsi que la réactivité de l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien est préservée chez les patients lombalgiques. De plus, les individus présentant une réponse hormonale de stress plus forte ont rapporté moins de douleur et ont montré une réduction de l'activation cérébrale dans le noyau accumbens, dans le cortex cingulaire antérieur (CCA), le cortex somatosensoriel primaire, et l'insula postérieure. Des analyses de médiation ont indiqué que la douleur liée à l'activité du CCA explique statistiquement la relation entre la réponse de stress et le désagrément de la douleur rapportée par les participants. Enfin, des analyses complémentaires ont révélé que le stress réduit la connectivité fonctionnelle entre le CCA et le tronc cérébral pendant la douleur aiguë. Ces résultats indiquent que le stress réactif module la douleur et contribue à la variabilité interindividuelle de l'activité cérébrale et la réponse affective à la douleur. Discussion : Conjointement, ces études suggèrent dans un premier temps que la douleur chronique peut être exacerbée par une réponse physiologique inadéquate de l'organisme exposé à un stress récurrent, et en un second temps, que le CCA contribuerait à l'analgésie induite par le stress. Sur le plan conceptuel, ces études renforcent le point de vue prédominant suggérant que la douleur chronique induit des changements dans les systèmes cérébraux régissant les fonctions motivationnelles et affective de la douleur.

Early adversity, brain development and emotion processing in monozygotic twins

Il existe actuellement de nombreuses preuves démontrant que des facteurs génétiques et environnementaux interagissent pendant des périodes spécifiques du développement pour rendre une personne vulnérable aux troubles psychologiques via diverses adaptations physiologiques. Cette thèse porte sur l'impact de l’adversité prénatale (représentée par le petit poids à la naissance, PPN) et de l’adversité postnatale précoce (symptômes dépressifs maternels et comportements maternels négatifs), sur le développement du cerveau, particulièrement les régions fronto-limbiques impliquées dans le traitement des émotions, pendant l'enfance et l'adolescence. Des jumeaux monozygotes (MZ) sont utilisés, lorsque possible, afin de contrôler pour les effets génétiques. Les chapitres 1 et 2 présentent les résultats de la vérification de l'hypothèse que l’adversité prénatale et postnatale précoce sont associées à une altération du fonctionnement des régions fronto-limbique tels que l’amygdale, l’hippocampe, l’insula, le cortex cingulaire antérieur et le cortex préfrontal, en réponse à des stimuli émotifs chez des enfants et des adolescents. On observe que les symptômes dépressifs maternels sont associés à une activation plus élevée des régions fronto-limbiques des enfants en réponse à la tristesse. Les résultats de l’étude avec des adolescents suggèrent que le PPN, les symptômes dépressifs et les comportements maternels négatifs sont associés à une fonction altérée des régions fronto-limbiques en réponse à des stimuli émotionnels. Chez les jumeaux MZ on observe également que la discordance intra-paire de PPN et de certains comportements maternels est associée à une discordance intra-paire du fonctionnement du cerveau et que ces altérations diffèrent selon le sexe. Le chapitre 3 présente les résultats de la vérification de l'hypothèse que l’adversité prénatale et postnatale précoce sont associées à un volume total réduit du cerveau et de l’hypothèse que les comportements maternels peuvent servir de médiateur ou de modérateur de l'association entre le PPN et le volume du cerveau. Avec des jumeaux MZ à l’adolescence on observe a) que le PPN est effectivement associé à une diminution du volume total du cerveau et b) que la discordance intra-paire de PPN est associée à une discordance du volume du cerveau. En somme, cette thèse présente un ensemble de résultats qui soutiennent deux hypothèses importantes pour comprendre les effets de l’environnement sur le développement du cerveau : que l’environnement prénatal et postnatal précoce ont un impact sur le développement du cerveau indépendamment du code génétique et que les mécanismes impliqués peuvent différer entre les garçons et les filles. Finalement, l’ensemble de ces résultats sont discutés à la lumière des autres travaux de recherche dans ce domaine et des avenues à explorer pour de la recherche ultérieure sont proposées.

Mécanismes cérébraux de la régulation de la douleur : perception de la douleur et hypoalgésie induite psychologiquement

Objectif : Cette thèse a pour but de préciser les mécanismes neuropsychologiques de la douleur, de la régulation endogène de la douleur et de l'hypoalgésie induite psychologiquement (HIP) par la synthèse de près de trente ans de recherche imagerie cérébrale fonctionnelle. Méthodologie : Étant donné l'abondance des études sur le sujet et le manque d'intégration de leurs résultats, la technique de métaanalyse quantitative basée sur les coordonnées d'activation cérébrale fut privilégiée dans cette thèse, telle qu’implémentée dans l'algorithme ALE (Activation Likelyhood Estimate). Une force supplémentaire de cette thèse repose sur la rigueur du processus de sélection des articles. En effet, les études incluses dans les métaanalyses devaient satisfaire des critères stricts d'inclusion, ceci dans le but de favoriser la précision et la validité des conclusions subséquentes. Étude 1 : Le premier article visait à identifier les aires cérébrales impliquées dans la réduction de la douleur par des méthodes psychologiques d'interventions. Les articles retenus portent sur une variété de méthodes d'intervention, telles que le placebo, l'hypnose, la méditation, la perception de contrôle sur la stimulation douloureuse et l'induction d'émotions. Les résultats indiquent que l'HIP implique un vaste réseau d'activation qui comprend le cortex cingulaire antérieur, l'insula antérieure, les zones orbitofrontale et préfrontale latérale, ainsi que les régions pariétale, temporale et souscorticales. Ces activations reflèteraient l'implication des mécanismes neuropsychologiques cognitifs et émotionnels sous-tendent les interventions psychologiques ciblées par ces études, incluant la conscience de soi et la motivation. De plus, les divergences de patron d'activation entre les approches ont été explorées, notamment pour le placebo et la distraction. Étude 2 : Le deuxième article a identifié des patrons d'activations préférentiellement associés à la perception de la douleur, à l'HIP, ainsi que des activations communément associées à la douleur et l'HIP. Les résultats indiquent que 1) la perception de la douleur est associée à l'activation d'aires somatosensorielles et motrices, ce qui pourrait être le reflet de la préparation d'une action adaptative, 2) l'HIP est liée à l'engagement de régions préfrontales antéromédianes et orbitales, possiblement en lien avec des processus motivationnels et émotionnels, et 3) la douleur et l'HIP sont associés à l'activation d'aires préfrontales dorsolatérales, de l'insula antérieure et du cortex cingulaire moyen, ce qui pourrait refléter l'engagement spontané pendant la douleur de mécanismes endogènes de régulation descendante. Conclusion : Par ces études, cette thèse fait le point sur les mécanismes cérébraux impliqués différentiellement dans la perception de la douleur, dans sa régulation endogène et dans l'hypoalgésie induite psychologiquement.

Type 2 diabetes; elderly; cognitive deficit; cognitive flexibility; executive functions Resumen

Through meditation, people become aware of what happens in the body and mind, accepting the present experiences as they are and getting a better understanding of the true nature of things. Meditation practices and its inclusion as an intervention technique, have generated great interest in identifying the brain mechanisms through which these practices operate. Different studies suggest that the practice of meditation is associated with the use of different neural networks as well as changes in brain structure and function, represented in higher concentration of gray matter structures at the hippocampus, the right anterior insula, orbital frontal cortex (OFC) and greater involvement of the anterior cingulate cortex (ACC). These and other unrelated studies, shows the multiple implications of the regular practice of mindfulness in the structures and functions of the brain and its relation to certain observable and subjective states in people who practice it. Such evidence enabling the inclusion of mindfulness in psychological therapy where multiple applications have been developed to prove its effectiveness in treating affective and emotional problems, crisis management, social skills, verbal creativity, addiction and craving management, family and caregivers stress of dementia patients and others. However, neuropsychological rehabilitation has no formal proposals for intervention from these findings. The aim of this paper is to propose use of Mindfulness in neuropsychological rehabilitation process, taking the positions and theory of A.R. Luria.

A Functional Magnetic Resonance Imaging Predictor of Treatment Response to Venlafaxine in Generalized Anxiety Disorder

Background: Functional magnetic resonance imaging (fMRI) holds promise as a noninvasive means of identifying neural responses that can be used to predict treatment response before beginning a drug trial. Imaging paradigms employing facial expressions as presented stimuli have been shown to activate the amygdala and anterior cingulate cortex (ACC). Here, we sought to determine whether pretreatment amygdala and rostral ACC (rACC) reactivity to facial expressions could predict treatment outcomes in patients with generalized anxiety disorder (GAD).Methods: Fifteen subjects (12 female subjects) with GAD participated in an open-label venlafaxine treatment trial. Functional magnetic resonance imaging responses to facial expressions of emotion collected before subjects began treatment were compared with changes in anxiety following 8 weeks of venlafaxine administration. In addition, the magnitude of fMRI responses of subjects with GAD were compared with that of 15 control subjects (12 female subjects) who did not have GAD and did not receive venlafaxine treatment.Results The magnitude of treatment response was predicted by greater pretreatment reactivity to fearful faces in rACC and lesser reactivity in the amygdala. These individual differences in pretreatment rACC and amygdala reactivity within the GAD group were observed despite the fact that 1) the overall magnitude of pretreatment rACC and amygdala reactivity did not differ between subjects with GAD and control subjects and 2) there was no main effect of treatment on rACC-amygdala reactivity in the GAD group.Conclusions: These findings show that this pattern of rACC-amygdala responsivity could prove useful as a predictor of venlafaxine treatment response in patients with GAD.

Individual differences in some (but not all) medial prefrontal regions reflect cognitive demand while regulating unpleasant emotion.

The present study investigated the premise that individual differences in autonomic physiology could be used to specify the nature and consequences of information processing taking place in medial prefrontal regions during cognitive reappraisal of unpleasant pictures. Neural (blood oxygenation level-dependent functional magnetic resonance imaging) and autonomic (electrodermal [EDA], pupil diameter, cardiac acceleration) signals were recorded simultaneously as twenty-six older people (ages 64–66 years) used reappraisal to increase, maintain, or decrease their responses to unpleasant pictures. EDA was higher when increasing and lower when decreasing compared to maintaining. This suggested modulation of emotional arousal by reappraisal. By contrast, pupil diameter and cardiac acceleration were higher when increasing and decreasing compared to maintaining. This suggested modulation of cognitive demand. Importantly, reappraisal-related activation (increase, decrease > maintain) in two medial prefrontal regions (dorsal medial frontal gyrus and dorsal cingulate gyrus) was correlated with greater cardiac acceleration (increase, decrease > maintain) and monotonic changes in EDA (increase > maintain > decrease). These data indicate that these two medial prefrontal regions are involved in the allocation of cognitive resources to regulate unpleasant emotion, and that they modulate emotional arousal in accordance with the regulatory goal. The emotional arousal effects were mediated by the right amygdala. Reappraisal-related activation in a third medial prefrontal region (subgenual anterior cingulate cortex) was not associated with similar patterns of change in any of the autonomic measures, thus highlighting regional specificity in the degree to which cognitive demand is reflected in medial prefrontal activation during reappraisal.

How does the brain mediate interpretation of incongruent auditory emotions? The neural response to prosody in the presence of conflicting lexico-semantic cues

We frequently encounter conflicting emotion cues. This study examined how the neural response to emotional prosody differed in the presence of congruent and incongruent lexico-semantic cues. Two hypotheses were assessed: (i) decoding emotional prosody with conflicting lexico-semantic cues would activate brain regions associated with cognitive conflict (anterior cingulate and dorsolateral prefrontal cortex) or (ii) the increased attentional load of incongruent cues would modulate the activity of regions that decode emotional prosody (right lateral temporal cortex). While the participants indicated the emotion conveyed by prosody, functional magnetic resonance imaging data were acquired on a 3T scanner using blood oxygenation level-dependent contrast. Using SPM5, the response to congruent cues was contrasted with that to emotional prosody alone, as was the response to incongruent lexico-semantic cues (for the 'cognitive conflict' hypothesis). The right lateral temporal lobe region of interest analyses examined modulation of activity in this brain region between these two contrasts (for the 'prosody cortex' hypothesis). Dorsolateral prefrontal and anterior cingulate cortex activity was not observed, and neither was attentional modulation of activity in right lateral temporal cortex activity. However, decoding emotional prosody with incongruent lexico-semantic cues was strongly associated with left inferior frontal gyrus activity. This specialist form of conflict is therefore not processed by the brain using the same neural resources as non-affective cognitive conflict and neither can it be handled by associated sensory cortex alone. The recruitment of inferior frontal cortex may indicate increased semantic processing demands but other contributory functions of this region should be explored.

Maturation of limbic corticostriatal activation and connectivity associated with developmental changes in temporal discounting

Temporal discounting (TD) matures with age, alongside other markers of increased impulse control, and coherent, self-regulated behaviour. Discounting paradigms quantify the ability to refrain from preference of immediate rewards, in favour of delayed, larger rewards. As such, they measure temporal foresight and the ability to delay gratification, functions that develop slowly into adulthood. We investigated the neural maturation that accompanies the previously observed age-related behavioural changes in discounting, from early adolescence into mid-adulthood. We used functional magnetic resonance imaging of a hypothetical discounting task with monetary rewards delayed in the week to year range. We show that age-related reductions in choice impulsivity were associated with changes in activation in ventromedial prefrontal cortex (vmPFC), anterior cingulate cortex (ACC), ventral striatum (VS), insula, inferior temporal gyrus, and posterior parietal cortex. Limbic frontostriatal activation changes were specifically associated with age-dependent reductions in impulsive choice, as part of a more extensive network of brain areas showing age-related changes in activation, including dorsolateral PFC, inferior parietal cortex, and subcortical areas. The maturational pattern of functional connectivity included strengthening in activation coupling between ventromedial and dorsolateral PFC, parietal and insular cortices during selection of delayed alternatives, and between vmPFC and VS during selection of immediate alternatives. We conclude that maturational mechanisms within limbic frontostriatal circuitry underlie the observed post-pubertal reductions in impulsive choice with increasing age, and that this effect is dependent on increased activation coherence within a network of areas associated with discounting behaviour and inter-temporal decision-making.

Electrophysiological correlates of spatial orienting towards angry faces: a source localization study

The goal of this study was to examine behavioral and electrophysiological correlates of involuntary orienting toward rapidly presented angry faces in non-anxious, healthy adults using a dot-probe task in conjunction with high-density event-related potentials and a distributed source localization technique. Consistent with previous studies, participants showed hypervigilance toward angry faces, as indexed by facilitated response time for validly cued probes following angry faces and an enhanced P1 component. An opposite pattern was found for happy faces suggesting that attention was directed toward the relatively more threatening stimuli within the visual field (neutral faces). Source localization of the P1 effect for angry faces indicated increased activity within the anterior cingulate cortex, possibly reflecting conflict experienced during invalidly cued trials. No modulation of the early C1 component was found for affect or spatial attention. Furthermore, the face-sensitive N170 was not modulated by emotional expression. Results suggest that the earliest modulation of spatial attention by face stimuli is manifested in the P1 component, and provide insights about mechanisms underlying attentional orienting toward cues of threat and social disapproval.

Constrained principal component analysis reveals functionally connected load-dependent networks involved in multiple stages of working memory

Constrained principal component analysis (CPCA) with a finite impulse response (FIR) basis set was used to reveal functionally connected networks and their temporal progression over a multistage verbal working memory trial in which memory load was varied. Four components were extracted, and all showed statistically significant sensitivity to the memory load manipulation. Additionally, two of the four components sustained this peak activity, both for approximately 3 s (Components 1 and 4). The functional networks that showed sustained activity were characterized by increased activations in the dorsal anterior cingulate cortex, right dorsolateral prefrontal cortex, and left supramarginal gyrus, and decreased activations in the primary auditory cortex and "default network" regions. The functional networks that did not show sustained activity were instead dominated by increased activation in occipital cortex, dorsal anterior cingulate cortex, sensori-motor cortical regions, and superior parietal cortex. The response shapes suggest that although all four components appear to be invoked at encoding, the two sustained-peak components are likely to be additionally involved in the delay period. Our investigation provides a unique view of the contributions made by a network of brain regions over the course of a multiple-stage working memory trial.

Increased neural processing of rewarding and aversive food stimuli in recovered anorexia nervosa

Background Recent evidence has shown that individuals with acute anorexia nervosa and those recovered have aberrant physiological responses to rewarding stimuli. We hypothesized that women recovered from anorexia nervosa would show aberrant neural responses to both rewarding and aversive disorder-relevant stimuli. Methods Using functional magnetic resonance imaging (fMRI), the neural response to the sight and flavor of chocolate, and their combination, in 15 women recovered from restricting-type anorexia nervosa and 16 healthy control subjects matched for age and body mass index was investigated. The neural response to a control aversive condition, consisting of the sight of moldy strawberries and a corresponding unpleasant taste, was also measured. Participants simultaneously recorded subjective ratings of “pleasantness,” “intensity,” and “wanting.” Results Despite no differences between the groups in subjective ratings, individuals recovered from anorexia nervosa showed increased neural response to the pleasant chocolate taste in the ventral striatum and pleasant chocolate sight in the occipital cortex. The recovered participants also showed increased neural response to the aversive strawberry taste in the insula and putamen and to the aversive strawberry sight in the anterior cingulate cortex and caudate. Conclusions Individuals recovered from anorexia nervosa have increased neural responses to both rewarding and aversive food stimuli. These findings suggest that even after recovery, women with anorexia nervosa have increased salience attribution to food stimuli. These results aid our neurobiological understanding and support the view that the neural response to reward may constitute a neural biomarker for anorexia nervosa.

Neural processing of reward and punishment in young people at increased familial risk of depression

Background Abnormalities in the neural representation of rewarding and aversive stimuli have been well-described in patients with acute depression, and we previously found abnormal neural responses to rewarding and aversive sight and taste stimuli in recovered depressed patients. The aim of the present study was to determine whether similar abnormalities might be present in young people at increased familial risk of depression but with no personal history of mood disorder. Methods We therefore used functional magnetic resonance imaging to examine the neural responses to pleasant and aversive sights and tastes in 25 young people (16–21 years of age) with a biological parent with depression and 25 age- and gender-matched control subjects. Results We found that, relative to the control subjects, participants with a parental history of depression showed diminished responses in the orbitofrontal cortex to rewarding stimuli, whereas activations to aversive stimuli were increased in the lateral orbitofrontal cortex and insula. In anterior cingulate cortex the at-risk group showed blunted neural responses to both rewarding and aversive stimuli. Conclusions Our findings suggest that young people at increased familial risk of depression have altered neural representation of reward and punishment, particularly in cortical regions linked to the use of positive and negative feedback to guide adaptive behavior.

Neural correlates of cognitive dissonance and choice-induced preference change

According to many modern economic theories, actions simply reflect an individual's preferences, whereas a psychological phenomenon called “cognitive dissonance” claims that actions can also create preference. Cognitive dissonance theory states that after making a difficult choice between two equally preferred items, the act of rejecting a favorite item induces an uncomfortable feeling (cognitive dissonance), which in turn motivates individuals to change their preferences to match their prior decision (i.e., reducing preference for rejected items). Recently, however, Chen and Risen [Chen K, Risen J (2010) J Pers Soc Psychol 99:573–594] pointed out a serious methodological problem, which casts a doubt on the very existence of this choice-induced preference change as studied over the past 50 y. Here, using a proper control condition and two measures of preferences (self-report and brain activity), we found that the mere act of making a choice can change self-report preference as well as its neural representation (i.e., striatum activity), thus providing strong evidence for choice-induced preference change. Furthermore, our data indicate that the anterior cingulate cortex and dorsolateral prefrontal cortex tracked the degree of cognitive dissonance on a trial-by-trial basis. Our findings provide important insights into the neural basis of how actions can alter an individual's preferences.

Opposing neural effects of naltrexone on food reward and aversion: implications for the treatment of obesity

Rationale: Opioid antagonism reduces the consumption of palatable foods in humans but the neural substrates implicated in these effects are less well understood. Objectives: The aim of the present study was to examine the effects of the opioid antagonist, naltrexone, on neural response to rewarding and aversive sight and taste stimuli. Methods: We used functional magnetic resonance imaging (fMRI) to examine the neural responses to the sight and taste of pleasant (chocolate) and aversive (mouldy strawberry) stimuli in 20 healthy volunteers who received a single oral dose of naltrexone (50 mg) and placebo in a double-blind, repeated-measures cross-over, design. Results: Relative to placebo, naltrexone decreased reward activation to chocolate in the dorsal anterior cingulate cortex and caudate, and increased aversive-related activation to unpleasant strawberry in the amygdala and anterior insula. Conclusions: These findings suggest that modulation of key brain areas involved in reward processing, cognitive control and habit formation such as the dorsal anterior cingulate cortex (dACC) and caudate might underlie reduction in food intake with opioid antagonism. Furthermore we show for the first time that naltrexone can increase activations related to aversive food stimuli. These results support further investigation of opioid treatments in obesity.