Homeostatic proliferation and survival of naïve and memory T cells.

The immune system relies on homeostatic mechanisms in order to adapt to the changing requirements encountered during steady-state existence and activation by antigen. For T cells, this involves maintenance of a diverse repertoire of naïve cells, rapid elimination of effector cells after pathogen clearance, and long-term survival of memory cells. The reduction of T-cell counts by either cytotoxic drugs, irradiation, or certain viruses is known to lead to lymphopenia-induced proliferation and restoration of normal T-cell levels. Such expansion is governed by the interaction of TCR with self-peptide/MHC (p/MHC) molecules plus contact with cytokines, especially IL-7. These same ligands, i.e. p/MHC molecules and IL-7, maintain naïve T lymphocytes as resting cells under steady-state T-cell-sufficient conditions. Unlike naïve cells, typical "central" memory T cells rely on a combination of IL-7 and IL-15 for their survival in interphase and for occasional cell division without requiring signals from p/MHC molecules. Other memory T-cell subsets are less quiescent and include naturally occurring activated memory-phenotype cells, memory cells generated during chronic viral infections, and effector memory cells. These subsets of activated memory cells differ from central memory T cells in their requirements for homeostatic proliferation and survival. Thus, the factors controlling T-cell homeostasis can be seen to vary considerably from one subset to another as described in detail in this review.

Information, learning, and risk in financial markets

Cette thèse comprend trois essais qui abordent l'information le processus d'ap-prentissage ainsi que le risque dans les marchés finances. Elle se concentre d'abord sur les implications à l'équilibre de l'hétérogénéité des agents à travers un processus d'apprentissage comprtemental et de mise à jour de l'information. De plus, elle examine les effets du partage des risques dans un reseau entreprise-fournisseur. Le premier chapitre étudie les effets du biais de disponibili sur l'évaluation des actifs. Ce biais décrit le fait que les agents surestiment l'importance de l'information acquise via l'expérience personnelle. L'hétérogénéité restante des différentes perceptions individuelles amène à une volonté d'échanges. Conformé¬ment aux données empiriques, les jeunes agents échangent plus mais en même temps souffrent d'une performance inférieure. Le deuxième chapitre se penche sur l'impact qu'ont les différences de modelisation entre les agents sur leurs percevons individuelles du processus de prix, dans le contexte des projections de modèles. Les agents sujets à un biais de projection pensent être représentatifs et interprètent les opinions des autres agents comme du bruit. Les agents, avec des modèles plus persistants, perçoivent que les prix réagissent de façon excessive lors des périodes de turbulence. Le troisième chapitre analyse l'impact du partage des risques dans la relation entreprise-fournisseur sur la décision optimale de financement de l'entreprise. Il étudie l'impact sur l'optimisation de la structure du capital ainsi que sur le coût du capital. Les résultats indiquent en particulier qu'un fournisseur avec un effet de levier faible est utile pour le financement d'un nouveau projet d'investissement. Pour des projets très rentables et des fournisseurs à faible effet de levier, le coût des capitaux propres de l'entreprise peut diminuer.

Influence of PTPN2 and pre-existing immunity on the generation of effector and memory CD8 T cells

Notre système immunitaire joue un rôle important pour la protection envers les maladies infectieuses. Au cours d'une réponse à une infection primaire, des cellules B et des cellules T spécifiques, dirigées contre le pathogène en question, sont générées et certaines d'entre elles deviennent des cellules dites mémoires. Leur fonction est de nous protéger contre une nouvelle infection avec le même pathogène, une infection secondaire. Dans certaines situations, comme c'est par exemple le cas avec la grippe, les pathogènes ne sont pas toujours complètement identiques et les cellules mémoires ne sont pas à même d'assurer leur rôle protecteur et d'empêcher une réinfection. Pourtant, on ne sait à l'heure actuelle que très peu comment une immunité acquise, mais non protectrice, influence le développement d'une réponse immunitaire ultérieure. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié comment les cellules T mémoires cytotoxiques altèrent la réponse de cellules T cytotoxiques nouvellement induites. Au cours d'une réaction immunitaire dirigée contre une infection primaire, un vaste répertoire de lymphocytes T est créé, constitué de cellules T possédant divers degrés d'affinité pour le pathogène. Lors d'une infection secondaire, seules les cellules T ayant une forte affinité pour le pathogène participent à la réponse. Nous avons pu démontrer que ce phénomène de restriction du répertoire des cellules T est principalement causé par les cellules T mémoires qui sont à même de reconnaître un antigène pathogénique présent dans les deux infections. Dans un deuxième projet, nous avons étudié comment l'absence de PTPN2 influence la réponse des cellules T. Chez l'homme, une mutation dans le gène de PTPN2 est associée à des maladies auto-immunes et résulte en une activité réduite de cette phosphatase dans les lymphocytes T. Nous avons montré que la baisse d'activité de la phosphatase PTNP2 conduit à une meilleure expansion des cellules T ayant une qualité comparable à des cellules T auto-antigène spécifiques. De plus, nous avons observé que la survie de ces cellules T effectues ayant une phosphatase diminuée est nettement améliorée. Cela peut conduire à une réponse immunitaire plus efficace ou, éventuellement, à une pathologie auto-immune plus grave. En outre, nos résultats montrent qu'en manipulant l'activité de cette phosphatase, il est possible d'augmenter l'efficacité du transfert des cellules T dans un hôte receveur. Un tel transfert de cellules T est pratiqué chez des patients atteints de tumeurs. Nos travaux suggèrent que la manipulation de la phosphatase PTPN2 pourrait donc représenter une approche thérapeutique novatrice et prometteuse. -- Notre système immunitaire joue un rôle important pour la protection contre les maladies. Les cellules T CD8+ ont une importance primordiale pour le contrôle d'infections primaires causées par des virus ou bactéries, mais également contre certaines tumeurs. Par conséquent, mieux comprendre les exigences nécessaires à l'induction de bonnes réponses des cellules T CD8 pourrait nous permettre de construire des vaccins contre les pathogènes contre lesquels nous n'avons pour l'instant pas de vaccins mais aussi d'améliorer les réactions immunitaires dirigées anti-tumorales. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié l'influence qu'une immunité préexistante a sur la réponse des cellules T CD8. Nous sommes souvent exposés à des pathogènes qui sont similaires mais pas identiques à ceux que nous avons rencontrés auparavant. De telles infections hétérologues ne sont pas l'objet de beaucoup d'études et certains exemples indiquent même qu'une immunité préexistante partielle peut mener à une aggravation de la maladie. Nous avons étudié le répertoire des lymphocytes T CD8 qui sont générés lors d'une rencontre avec un nouvel antigène, et ce en comparant infection primaire et secondaire. En utilisant le modèle expérimental d'infections à Listeria monocytogenes, nous avons pu montrer que lors d'une infection primaire, un répertoire diversifié comprenant des cellules T CD8 de forte et faible affinité est constitué. Au contraire, dans le cas d'une infection secondaire, le répertoire des cellules T est fortement limité et seulement les lymphocytes T de forte affinité sont impliqués dans la réponse immunitaire. Nous avons pu démontrer que ces Rangements sont provoqués par des cellules T CD8 mémoires capables de reconnaître un antigène présent dans les deux infections. Cette augmentation du seuil d'activation des cellules effectrices est majoritairement causée par les lymphocytes T CD8 mémoires non transférables. Ces observations indiquent que les vaccins visant à induire des cellules T anti-tumorales de faible affinité seraient inefficaces si le vaccin contient des épitopes contre lesquels il existe une mémoire immunologique. Les réponses immunitaires conduites par les cellules T contre les antigènes tumoraux dépendent des cellules T CD8 de faible réactivité contre les antigènes tumoraux puisque les cellules à forte réactivité sont éliminées par les mécanismes de tolérance. Nous basant sur l'existence dans la littérature de preuves indiquant que PTPN2 influence la réponse des cellules T de faible affinité, nous nous sommes intéressés à comprendre comment PTPN2 impacte les réponses des cellules T CD8 en général. Nous avons remarqué que des cellules T CD8 déficientes en PTPN2 exhibent une meilleure capacité à proliférer suite à une faible ou courte stimulation du récepteur des lymphocytes T. La phase effectrice est prolongée et la contraction retardée résultant ainsi à globalement plus de cellules effectrices. Ce phénomène est également accompagné d'une meilleure survie des cellules effectrices de différentiation terminale. Une fois transférées dans un nouvel hôte receveur, les cellules effectrices terminales KLRG1+CD127- déficientes en phosphatase PTPN2 peuvent survivre et se transformer en cellules mémoires CD127+ fonctionnelles. De façon inattendue, nous avons découvert que l'élimination de PTPN2 améliore l'efficacité du transfert et la formation des cellules mémoires ainsi que leur capacité protectrice. Manipuler l'activité de cette phosphatase apparaît donc comme une approche intéressante et prometteuse pour la thérapie cellulaire par transfert adoptif de lymphocytes T. Nos observations montrent que la manipulation d'un facteur intrinsèque, l'absence de PTPN2, peut, dans certaines circonstances, améliorer la réponse des cellules T. Une meilleure connaissance des mécanismes contrôlant la réponse des lymphocytes T CD8 pourrait donc permettre la manipulation de ces derniers et conduire à des réponses immunitaires plus vigoureuses. Si ces réponses sont déclenchées par l'utilisation de vaccins, il est nécessaire de considérer l'historique d'une exposition préalable à des agents pathogènes ou à des vaccins puisque celle-ci peut, comme nous l'avons démontré, influencer le répertoire des cellules T recrutées dans la réponse immunitaire et, par conséquent, modifier l'aptitude de notre système immunitaire à faire face à une infection. -- Our immune system plays an important role in the protection from disease. CD8 T cells are critical for the control of primary infections with most viruses and certain bacteria as well as against some tumors. Therefore, better knowledge of CD8 T cell responses might enable us to generate vaccines against pathogens for which currently no vaccines are available or to improve anti-tumor immune responses. In the first part of this thesis we addressed the issue how previously acquired immunity impacts on the response of CD8 T cells. We are often exposed to pathogens that are related but not identical to the previously encountered ones. Such heterologous infections are not well studied and there are some indications that partial pre-existing immunity may in some cases even lead to an enhancement of disease. We specifically studied the T cell repertoire of CD8 T cells that are responding to a newly encountered antigen in secondary compared to primary infections. Using the experimental model of Listeria monocytogenes infections, we showed that in primary infections a wide repertoire including high and low affinity CD8 T cells is recruited into the immune response. In contrast to this, in secondary infections, the T cell repertoire is severely restricted and only T cells of high affinity are responding. We were able to pinpoint this difference to the presence of memory CD8 T cells that recognize an antigen that is shared between the two subsequent infections. This increase in the activation threshold was most effectively mediated via non-transferable memory CD8 T cells. This would argue that vaccines targeting low affinity tumor-specific T cells would fail if the vaccine contains previously encountered CD8 T cell epitopes. T cell mediated immune responses to tumor antigen rely often on T cells which weakly react to tumor antigen as high affinity T cells are eliminated by tolerance mechanisms. Following indication in the literature that PTPN2 impacts on the response of such weakly antigen-reactive T cells, we investigated how PTPN2 impacts in general the response of CD8 T cells. We observed that CD8 T cells lacking PTPN2 show an enhanced expansion following weak or short-term T cell receptor stimulation. The effector phase is prolonged and contraction delayed thus resulting in overall more effector cells. This is accompanied by a better survival of terminal effector cells. When transferred into new recipients, KLRG1+CD127- terminal effector cells lacking PTPN2 can survive and convert into CD127+ functional memory cells. Surprisingly, we discovered that elimination of PTPN2 enhances the transfer efficacy and formation of memory cells as well as the protective capacity. Targeting PTPN2 might thus be a promising approach for adoptive T cell therapy. Our observations show how the manipulation of an intrinsic factor, the absence of PTPN2, can enhance T cell responses under certain circumstances. A better understanding of underlying mechanisms for the control of CDS T cell responses might enable the manipulation of these and allow for more powerful responses. If these responses are induced through vaccines it is imperative that the previous history of exposure to pathogens or vaccines is considered as it can, as we have shown in this thesis, influence the recruited T cell repertoire and thus possibly the ability to handle the infection.

Functional implication of the vitamin A signaling pathway in the brain.

Vitamin A is necessary for normal embryonic development, but its role in the adult brain is poorly understood. Vitamin A derivatives, retinoids, are involved in a complex signaling pathway that regulates gene expression and, in the central nervous system, controls neuronal differentiation and neural tube patterning. Although a major functional implication of retinoic signaling has been repeatedly suggested in synaptic plasticity, learning and memory, sleep, schizophrenia, depression, Parkinson disease, and Alzheimer disease, the targets and the underlying mechanisms in the adult brain remain elusive.

Hippocampal volume predicts fluid intelligence in musically trained people.

Recently, age-related hippocampal (HP) volume loss could be associated with a decrease in general fluid intelligence (gF). In the present study we investigated whether and how extensive musical training modulates human HP volume and gF performance. Previously, some studies demonstrated positive effects of musical training on higher cognitive functions such as learning and memory, associated with neural adaptations beyond the auditory domain. In order to detect possible associations between musical training and gF, we bilaterally segmented the HP formation and assessed the individual gF performance of people with different levels of musical expertise. Multiple regression analyses revealed that HP volume predicts gF in musicians but not in nonmusicians; in particular, bilaterally enhanced HP volume is associated with increased gF exclusively in musically trained people (amateurs and experts). This result suggests that musical training facilitates the recruitment of cognitive resources, which are essential for gF and linked to HP functioning. Musical training, even at a moderate level of intensity, can thus be considered as a potential strategy to decelerate age-related effects of cognitive decline. © 2013 Wiley Periodicals, Inc.

D-serine increases adult hippocampal neurogenesis.

Adult hippocampal neurogenesis results in the continuous formation of new neurons and is a process of brain plasticity involved in learning and memory. The neurogenic niche regulates the stem cell proliferation and the differentiation and survival of new neurons and a major contributor to the neurogenic niche are astrocytes. Among the molecules secreted by astrocytes, D-serine is an important gliotransmitter and is a co-agonist of the glutamate, N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor. D-serine has been shown to enhance the proliferation of neural stem cells in vitro, but its effect on adult neurogenesis in vivo is unknown. Here, we tested the effect of exogenous administration of D-serine on adult neurogenesis in the mouse dentate gyrus. We found that 1 week of treatment with D-serine increased cell proliferation in vivo and in vitro and increased the density of neural stem cells and transit amplifying progenitors. Furthermore, D-serine increased the survival of newborn neurons. Together, these results indicate that D-serine treatment resulted in the improvement of several steps of adult neurogenesis in vivo.

Regulation of the integration of newly generated neurons in the adult hippocampus

Hippocampal adult neurogenesis results in the continuous formation of new neurons in the adult hippocampus, which participate to learning and memory. Manipulations increasing adult neurogenesis have a huge clinical potential in pathologies involving memory loss. Intringuingly, most of the newborn neurons die during their maturation. Thus, increasing newborn neuron survival during their maturation may be a powerful way to increase overall adult neurogenesis. The factors governing this neuronal death are yet poorly known. In my PhD project, we made the hypothesis that synaptogenesis and synaptic activity play a role in the survival of newborn hippocampal neurons. We studied three factors potentially involved in the regulation of the synaptic integration of adult-born neurons. First, we used propofol anesthesia to provoke a global increase in GABAergic activity of the network, and we evaluated the outcome on newborn neuron synaptic integration, morphological development and survival. Propofol anesthesia impaired the dendritic maturation and survival of adult-born neurons in an age-dependent manner. Next, we examined the development of astrocytic ensheathment on the synapses formed by newborn neurons, as we hypothesized that astrocytes are involved in their synaptic integration. Astrocytic processes ensheathed the synapses of newborn neurons very early in their development, and the processes modulated synaptic transmission on these cells. Finally, we studied the cell-autonomous effects of the overexpression of synaptic adhesion molecules on the development, synaptic integration and survival of newborn neurons, and we found that manipulating of a single adhesion molecule was sufficient to modify synaptogenesis and/or synapse function, and to modify newborn neuron survival. Together, these results suggest that the activity of the neuronal network, the modulation of glutamate transport by astrocytes, and the synapse formation and activity of the neuron itself may regulate the survival of newborn neurons. Thus, the survival of newborn neurons may depend on their ability to communicate with the network. This knowledge is crucial for finding ways to increase neurogenesis in patients. More generally, understanding how the neurogenic niche works and which factors are important for the generation, maturation and survival of neurons is fundamental to be able to maybe, one day, replace neurons in any region of the brain.

Consommation de cannabis : quels sont les risques ?

Abstract - Cannabis: what are the risks ? Cannabinoids from cannabis have a dual use and display often opposite pharmacological properties depending on the circumstances of use and the administered dose. Cannabinoids constitute mainly a recreative or addictive substance, but also a therapeutic drug. They can be either neurotoxic or neuroprotector, carcinogenic or an anti-cancer drug, hyperemetic or antiemetic, pro-inflammatory or anti-inflammatory... Improvement in in-door cultivation techniques and selection of high yield strains have resulted in a steadily increase of THC content. Cannabis is the most frequently prohibited drug used in Switzerland and Western countries. About half of teenagers have already experimented cannabis consumption. About 10% of cannabis users smoke it daily and can be considered as cannabis-dependant. About one third of these cannabis smokers are chronically intoxicated. THC, the main psychoactive drug interacts with the endocannnabinoid system which is made of cellular receptors, endogenous ligands and a complex intra-cellular biosynthetic, degradation and intra-cellular messengers machinery. The endocannabinoid system plays a major role in the fine tuning of the nervous system. It is thought to be important in memory, motor learning, and synaptic plasticity. At psychoactive dose, THC impairs psychomotor and neurocognitive performances. Learning and memory abilities are diminished. The risk to be responsible of a traffic car accident is slightly increased after administration of cannabis alone and strongly increased after combined use of alcohol and cannabis. With the exception of young children, cannabis intake does not lead to potentially fatal intoxication. However, cannabis exposure can act as trigger for cardiovascular accidents in rare vulnerable people. Young or vulnerable people are more at risk to develop a psychosis at adulthood and/or to become cannabis-dependant. Epidemiological studies have shown that the risk to develop a schizophrenia at adulthood is increased for cannabis smokers, especially for those who are early consumers. Likewise for the risk of depression and suicide attempt. Respiratory disease can be worsen after cannabis smoking. Pregnant and breast-feeding mothers should not take cannabis because THC gets into placenta and concentrates in breast milk. The most sensitive time-period to adverse side-effects of cannabis starts from foetus and extends to adolescence. The reason could be that the endocannabinoid system, the main target of THC, plays a major role in the setup of neuronal networks in the immature brain. The concomitant use of other psychoactive drugs such as alcohol, benzodiazepines or cocaine should be avoided because of possible mutual interactions. Furthermore, it has been demonstrated that a cross-sensitisation exists between most addictive drugs at the level of the brain reward system. Chronic use of cannabis leads to tolerance and withdrawals symptoms in case of cannabis intake interruption. Apart from the aforementioned unwanted side effects, cannabis displays useful and original medicinal properties which are currently under scientific evaluation. At the moment the benefit/risk ratio is not yet well assessed. Several minor phytocannabinoids or synthetic cannabinoids devoid of psychoactive properties could find their way in the modern pharmacopoeia (e.g. ajulemic acid). For therapeutic purposes, special cannabis varieties with unique cannabinoids composition (e.g. a high cannabidiol content) are preferred over those which are currently used for recreative smoking. The administration mode also differs in such a way that inhalation of carcinogenic pyrolytic compounds resulting from cannabis smoking is avoided. This can be achieved by inhaling cannabis vapors at low temperature with a vaporizer device. Résumé Les cannabinoïdes contenus dans la plante de cannabis ont un double usage et possèdent des propriétés opposées suivant les circonstances et les doses employées. Les cannabinoïdes, essentiellement drogue récréative ou d'abus pourraient, pour certains d'entre eux, devenir des médicaments. Selon les conditions d'utilisation, ils peuvent être neurotoxiques ou neuroprotecteurs, carcinogènes ou anticancéreux, hyper-émétiques ou antiémétiques, pro-inflammatoires ou anti-inflammatoires... Les techniques de culture sous serre indoor ainsi que la sélection de variétés de cannabis à fort potentiel de production ont conduit à un accroissement notable des taux de THC. Le cannabis est la drogue illégale la plus fréquemment consommée en Suisse et ailleurs dans le monde occidental. Environ la moitié des jeunes ont déjà expérimenté le cannabis. Environ 10 % des consommateurs le fument quotidiennement et en sont devenus dépendants. Un tiers de ces usagers peut être considéré comme chroniquement intoxiqué. Le THC, la principale substance psychoactive du cannabis, interagit avec le "système endocannabinoïde". Ce système est composé de récepteurs cellulaires, de ligands endogènes et d'un dispositif complexe de synthèse, de dégradation, de régulation et de messagers intra-cellulaires. Le système endocannabinoïde joue un rôle clé dans le réglage fin du système nerveux. Les endocannabinoïdes régulent la mémorisation, l'apprentissage moteur et la plasticité des liaisons nerveuses. À dose psychoactive, le THC réduit les performances psychomotrices et neurocognitives. Les facultés d'apprentissage et de mémorisation sont diminuées. Le risque d'être responsable d'un accident de circulation est augmenté après prise de cannabis, et ceci d'autant plus que de l'alcool aura été consommé parallèlement. À l'exception des jeunes enfants, la consommation de cannabis n'entraîne pas de risque potentiel d'intoxication mortelle. Toutefois, le cannabis pourrait agir comme facteur déclenchant d'accident cardiovasculaire chez de rares individus prédisposés. Les individus jeunes, et/ou vulnérables ont un risque significativement plus élevé de développer une psychose à l'âge adulte ou de devenir dépendant au cannabis. Des études épidémiologiques ont montré que le risque de développer une schizophrénie à l'âge adulte était augmenté pour les consommateurs de cannabis et ceci d'autant plus que l'âge de début de consommation était précoce. Il en va de même pour le risque de dépression. Les troubles respiratoires pourraient être exacerbés par la prise de cannabis. Les femmes enceintes et celles qui allaitent ne devraient pas consommer de cannabis car le THC traverse la barrière hémato-placentaire, en outre, il se concentre dans le lait maternel. La période de la vie la plus sensible aux effets néfastes du cannabis correspond à celle allant du foetus à l'adolescent. Le système endocannabinoïde sur lequel agit le THC serait en effet un acteur majeur orchestrant le développement des réseaux neuronaux dans le cerveau immature. La prise concomitante d'autres psychotropes comme l'alcool, les benzodiazépines ou la cocaïne conduit à des renforcements mutuels de leurs effets délétères. De plus, il a été montré l'existence d'une sensibilité croisée pour la majorité des psychotropes qui agissent sur le système de la récompense, le cannabis y compris, ce qui augmente ainsi le risque de pharmacodépendance. La prise régulière de doses élevées de cannabis entraîne l'apparition d'une tolérance et de symptômes de sevrage discrets à l'arrêt de la consommation. À part les effets négatifs mentionnés auparavant, le cannabis possède des propriétés médicales originales qui sont l'objet d'études attentives. Plusieurs cannabinoïdes mineurs naturels ou synthétiques, comme l'acide ajulémique, pourraient trouver un jour une place dans la pharmacopée. En usage thérapeutique, des variétés particulières de cannabis sont préférées, par exemple celles riches en cannabidiol non psychoactif. Le mode d'administration diffère de celui utilisé en mode récréatif. Par exemple, la vaporisation des cannabinoïdes à basse température est préférée à l'inhalation du "joint".

Distinct roles of NMDA receptors at different stages of granule cell development in the adult brain.

NMDA receptor (NMDAR)-dependent forms of synaptic plasticity are thought to underlie the assembly of developing neuronal circuits and to play a crucial role in learning and memory. It remains unclear how NMDAR might contribute to the wiring of adult-born granule cells (GCs). Here we demonstrate that nascent GCs lacking NMDARs but rescued from apoptosis by overexpressing the pro-survival protein Bcl2 were deficient in spine formation. Insufficient spinogenesis might be a general cause of cell death restricted within the NMDAR-dependent critical time window for GC survival. NMDAR loss also led to enhanced mushroom spine formation and synaptic AMPAR activity throughout the development of newborn GCs. Moreover, similar elevated synapse maturation in the absence of NMDARs was observed in neonate-generated GCs and CA1 pyramidal neurons. Together, these data suggest that NMDAR operates as a molecular monitor for controlling the activity-dependent establishment and maturation rate of synaptic connections between newborn neurons and others.

Electrical neuroimaging of memory discrimination based on single-trial multisensory learning.

Multisensory experiences influence subsequent memory performance and brain responses. Studies have thus far concentrated on semantically congruent pairings, leaving unresolved the influence of stimulus pairing and memory sub-types. Here, we paired images with unique, meaningless sounds during a continuous recognition task to determine if purely episodic, single-trial multisensory experiences can incidentally impact subsequent visual object discrimination. Psychophysics and electrical neuroimaging analyses of visual evoked potentials (VEPs) compared responses to repeated images either paired or not with a meaningless sound during initial encounters. Recognition accuracy was significantly impaired for images initially presented as multisensory pairs and could not be explained in terms of differential attention or transfer of effects from encoding to retrieval. VEP modulations occurred at 100-130ms and 270-310ms and stemmed from topographic differences indicative of network configuration changes within the brain. Distributed source estimations localized the earlier effect to regions of the right posterior temporal gyrus (STG) and the later effect to regions of the middle temporal gyrus (MTG). Responses in these regions were stronger for images previously encountered as multisensory pairs. Only the later effect correlated with performance such that greater MTG activity in response to repeated visual stimuli was linked with greater performance decrements. The present findings suggest that brain networks involved in this discrimination may critically depend on whether multisensory events facilitate or impair later visual memory performance. More generally, the data support models whereby effects of multisensory interactions persist to incidentally affect subsequent behavior as well as visual processing during its initial stages.

As the world turns: short-term human spatial memory in egocentric and allocentric coordinates

We aimed to determine whether human subjects' reliance on different sources of spatial information encoded in different frames of reference (i.e., egocentric versus allocentric) affects their performance, decision time and memory capacity in a short-term spatial memory task performed in the real world. Subjects were asked to play the Memory game (a.k.a. the Concentration game) without an opponent, in four different conditions that controlled for the subjects' reliance on egocentric and/or allocentric frames of reference for the elaboration of a spatial representation of the image locations enabling maximal efficiency. We report experimental data from young adult men and women, and describe a mathematical model to estimate human short-term spatial memory capacity. We found that short-term spatial memory capacity was greatest when an egocentric spatial frame of reference enabled subjects to encode and remember the image locations. However, when egocentric information was not reliable, short-term spatial memory capacity was greater and decision time shorter when an allocentric representation of the image locations with respect to distant objects in the surrounding environment was available, as compared to when only a spatial representation encoding the relationships between the individual images, independent of the surrounding environment, was available. Our findings thus further demonstrate that changes in viewpoint produced by the movement of images placed in front of a stationary subject is not equivalent to the movement of the subject around stationary images. We discuss possible limitations of classical neuropsychological and virtual reality experiments of spatial memory, which typically restrict the sensory information normally available to human subjects in the real world.

Evolution of decision-making and learning under fluctuating social environments

The capacity to learn to associate sensory perceptions with appropriate motor actions underlies the success of many animal species, from insects to humans. The evolutionary significance of learning has long been a subject of interest for evolutionary biologists who emphasize the bene¬fit yielded by learning under changing environmental conditions, where it is required to flexibly switch from one behavior to another. However, two unsolved questions are particularly impor¬tant for improving our knowledge of the evolutionary advantages provided by learning, and are addressed in the present work. First, because it is possible to learn the wrong behavior when a task is too complex, the learning rules and their underlying psychological characteristics that generate truly adaptive behavior must be identified with greater precision, and must be linked to the specific ecological problems faced by each species. A framework for predicting behavior from the definition of a learning rule is developed here. Learning rules capture cognitive features such as the tendency to explore, or the ability to infer rewards associated to unchosen actions. It is shown that these features interact in a non-intuitive way to generate adaptive behavior in social interactions where individuals affect each other's fitness. Such behavioral predictions are used in an evolutionary model to demonstrate that, surprisingly, simple trial-and-error learn¬ing is not always outcompeted by more computationally demanding inference-based learning, when population members interact in pairwise social interactions. A second question in the evolution of learning is its link with and relative advantage compared to other simpler forms of phenotypic plasticity. After providing a conceptual clarification on the distinction between genetically determined vs. learned responses to environmental stimuli, a new factor in the evo¬lution of learning is proposed: environmental complexity. A simple mathematical model shows that a measure of environmental complexity, the number of possible stimuli in one's environ¬ment, is critical for the evolution of learning. In conclusion, this work opens roads for modeling interactions between evolving species and their environment in order to predict how natural se¬lection shapes animals' cognitive abilities. - La capacité d'apprendre à associer des sensations perceptives à des actions motrices appropriées est sous-jacente au succès évolutif de nombreuses espèces, depuis les insectes jusqu'aux êtres hu¬mains. L'importance évolutive de l'apprentissage est depuis longtemps un sujet d'intérêt pour les biologistes de l'évolution, et ces derniers mettent l'accent sur le bénéfice de l'apprentissage lorsque les conditions environnementales sont changeantes, car dans ce cas il est nécessaire de passer de manière flexible d'un comportement à l'autre. Cependant, deux questions non résolues sont importantes afin d'améliorer notre savoir quant aux avantages évolutifs procurés par l'apprentissage. Premièrement, puisqu'il est possible d'apprendre un comportement incorrect quand une tâche est trop complexe, les règles d'apprentissage qui permettent d'atteindre un com¬portement réellement adaptatif doivent être identifiées avec une plus grande précision, et doivent être mises en relation avec les problèmes écologiques spécifiques rencontrés par chaque espèce. Un cadre théorique ayant pour but de prédire le comportement à partir de la définition d'une règle d'apprentissage est développé ici. Il est démontré que les caractéristiques cognitives, telles que la tendance à explorer ou la capacité d'inférer les récompenses liées à des actions non ex¬périmentées, interagissent de manière non-intuitive dans les interactions sociales pour produire des comportements adaptatifs. Ces prédictions comportementales sont utilisées dans un modèle évolutif afin de démontrer que, de manière surprenante, l'apprentissage simple par essai-et-erreur n'est pas toujours battu par l'apprentissage basé sur l'inférence qui est pourtant plus exigeant en puissance de calcul, lorsque les membres d'une population interagissent socialement par pair. Une deuxième question quant à l'évolution de l'apprentissage concerne son lien et son avantage relatif vis-à-vis d'autres formes plus simples de plasticité phénotypique. Après avoir clarifié la distinction entre réponses aux stimuli génétiquement déterminées ou apprises, un nouveau fac¬teur favorisant l'évolution de l'apprentissage est proposé : la complexité environnementale. Un modèle mathématique permet de montrer qu'une mesure de la complexité environnementale - le nombre de stimuli rencontrés dans l'environnement - a un rôle fondamental pour l'évolution de l'apprentissage. En conclusion, ce travail ouvre de nombreuses perspectives quant à la mo¬délisation des interactions entre les espèces en évolution et leur environnement, dans le but de comprendre comment la sélection naturelle façonne les capacités cognitives des animaux.

Evolutionary ecology of learning: insights from fruit flies

Ecologically and evolutionarily oriented research on learning has traditionally been carried out on vertebrates and bees. While less sophisticated than those animals, fruit flies (Drosophila) are capable of several forms of learning, and have an advantage of a short generation time, which makes them an ideal system for experimental evolution studies. This review summarizes the insights into evolutionary questions about learning gained in the last decade from evolutionary experiments on Drosophila. These experiments demonstrate that Drosophila have the genetic potential to evolve substantially improved learning performance in ecologically relevant learning tasks. In at least one set of selected populations the improved learning generalized to another task than that used to impose selection, involving a different behavior, different stimuli, and a different sensory channel for the aversive reinforcement. This improvement in learning ability was associated with reduction in other fitness-related traits, such as larval competitive ability and lifespan, pointing out to evolutionary trade-offs of improved learning. These trade-offs were confirmed by other evolutionary experiments where reduction in learning performance was observed as a correlated response to selection for tolerance to larval nutritional stress or for delayed aging. Such trade-offs could be one reason why fruit flies have not fully used up their evolutionary potential for learning ability. Finally, another evolutionary experiment with Drosophila provided the first direct evidence for the long-standing ideas that learning can under some circumstances accelerate and in other slow down genetically-based evolutionary change. These results demonstrate the usefulness of fruit flies as a model system to address evolutionary questions about learning.

Higher memory responses in HIV-infected and kidney transplanted patients than in healthy subjects following priming with the pandemic vaccine.

BACKGROUND: Memory responses require immune competence. We assessed the influence of priming with AS03-adjuvanted pandemic vaccine (Pandemrix®) on memory responses of HIV patients, kidney recipients (SOT) and healthy controls (HC). METHOD: Participants (HIV: 197, SOT: 53; HC: 156) were enrolled in a prospective study and 390/406 (96%) completed it. All had been primed in 2009/2010 with 1 (HC) or 2 (patients) doses of Pandemrix®, and were boosted with the 2010/2011 seasonal influenza vaccine. Geometric mean titres and seroprotection rates were measured 12 months after priming and 4 weeks after boosting. Primary and memory responses were directly compared in 191 participants (HCW: 69, HIV: 71, SOT: 51) followed during 2 consecutive seasons. RESULTS: Most participants (HC: 77.8%, HIV: 77.6%, SOT: 66%) remained seroprotected at 12 months post-priming. Persisting A/09/H1N1 titers were high in HIV (100.2) and HC (120.1), but lower in SOT (61.4) patients. Memory responses reached higher titers in HIV (507.8) than in HC (253.5) and SOT (136.9) patients. Increasing age and lack of HAART reduced persisting and memory responses, mainly influenced by residual antibody titers. Comparing 2009/2010 and 2010/2011 titers in 191 participants followed for 2 seasons indicated lower post-2010/2011 titers in HC (240.2 vs 313.9), but higher titers in HIV (435.7 vs 338.0) and SOT (136 vs 90.3) patients. CONCLUSIONS: Priming with 2 doses of Pandemrix® elicited persistent antibody responses and even stronger memory responses to non-adjuvanted seasonal vaccine in HIV patients than 1 dose in healthy subjects. Adjuvanted influenza vaccines may improve memory responses of immunocompromised patients. TRIAL REGISTRATION: ClinicalTrials.gov NCT01022905.