Visual representation of food in the brain : effects of repeated exposure and gut hormone secretion

The thesis at hand is concerned with the spatio-temporal brain mechanisms of visual food perception as investigated by electrical neuroimaging. Due to the increasing prevalence of obesity and its associated challenges for public health care, there is a need to better understand behavioral and brain processes underlying food perception and food-based decision-making. The first study (Study A) of this thesis was concerned with the role of repeated exposure to visual food cues. In our everyday lives we constantly and repeatedly encounter food and these exposures influence our food choices and preferences. In Study A, we therefore applied electrical neuroimaging analyses of visual evoked potentials to investigate the spatio-temporal brain dynamics linked to the repeated viewing of high- and low-energy food cues (published manuscript: "The role of energetic value in dynamic brain response adaptation during repeated food image viewing" (Lietti et al., 2012)). In this study, we found that repetitions differentially affect behavioral and brain mechanisms when high-energy, as opposed to low-energy foods and non-food control objects, were viewed. The representation of high-energy food remained invariant between initial and repeated exposures indicating that the sight of high-energy dense food induces less behavioral and neural adaptation than the sight of low-energy food and non-food control objects. We discuss this finding in the context of the higher salience (due to greater motivation and higher reward or hedonic valuation) of energy- dense food that likely generates a more mnemonically stable representation. In turn, this more invariant representation of energy-dense food is supposed to (partially) explain why these foods are over-consumed despite of detrimental health consequences. In Study Β we investigated food responsiveness in patients who had undergone Roux-en-Y gastric bypass surgery to overcome excessive obesity. This type of gastric bypass surgery is not only known to alter food appreciation, but also the secretion patterns of adipokines and gut peptides. Study Β aimed at a comprehensive and interdisciplinary investigation of differences along the gut-brain axis in bypass-operated patients as opposed to weight-matched non-operated controls. On the one hand, the spatio-temporal brain dynamics to the visual perception of high- vs. low-energy foods under differing states of motivation towards food intake (i.e. pre- and post-prandial) were assessed and compared between groups. On the other hand, peripheral gut hormone measures were taken in pre- and post-prandial nutrition state and compared between groups. In order to evaluate alterations in the responsiveness along the gut-brain-axis related to gastric bypass surgery, correlations between both measures were compared between both participant groups. The results revealed that Roux-en- Y gastric bypass surgery alters the spatio-temporal brain dynamics to the perception of high- and low-energy food cues, as well as the responsiveness along the gut-brain-axis. The potential role of these response alterations is discussed in relation to previously observed changes in physiological factors and food intake behavior post-Roux-en-Y gastric bypass surgery. By doing so, we highlight potential behavioral, neural and endocrine (i.e. gut hormone) targets for the future development of intervention strategies for deviant eating behavior and obesity. Together, the studies showed that the visual representation of foods in the brain is plastic and that modulations in neural activity are already noted at early stages of visual processing. Different factors of influence such as a repeated exposure, Roux-en-Y gastric bypass surgery, motivation (nutrition state), as well as the energy density of the visually perceived food were identified. En raison de la prévalence croissante de l'obésité et du défi que cela représente en matière de santé publique, une meilleure compréhension des processus comportementaux et cérébraux liés à la nourriture sont nécessaires. En particulier, cette thèse se concentre sur l'investigation des mécanismes cérébraux spatio-temporels liés à la perception visuelle de la nourriture. Nous sommes quotidiennement et répétitivement exposés à des images de nourriture. Ces expositions répétées influencent nos choix, ainsi que nos préférences alimentaires. La première étude (Study A) de cette thèse investigue donc l'impact de ces exposition répétée à des stimuli visuels de nourriture. En particulier, nous avons comparé la dynamique spatio-temporelle de l'activité cérébrale induite par une exposition répétée à des images de nourriture de haute densité et de basse densité énergétique. (Manuscrit publié: "The role of energetic value in dynamic brain response adaptation during repeated food image viewing" (Lietti et al., 2012)). Dans cette étude, nous avons pu constater qu'une exposition répétée à des images représentant de la nourriture de haute densité énergétique, par opposition à de la nourriture de basse densité énergétique, affecte les mécanismes comportementaux et cérébraux de manière différente. En particulier, la représentation neurale des images de nourriture de haute densité énergétique est similaire lors de l'exposition initiale que lors de l'exposition répétée. Ceci indique que la perception d'images de nourriture de haute densité énergétique induit des adaptations comportementales et neurales de moindre ampleur par rapport à la perception d'images de nourriture de basse densité énergétique ou à la perception d'une « catégorie contrôle » d'objets qui ne sont pas de la nourriture. Notre discussion est orientée sur les notions prépondérantes de récompense et de motivation qui sont associées à la nourriture de haute densité énergétique. Nous suggérons que la nourriture de haute densité énergétique génère une représentation mémorielle plus stable et que ce mécanisme pourrait (partiellement) être sous-jacent au fait que la nourriture de haute densité énergétique soit préférentiellement consommée. Dans la deuxième étude (Study Β) menée au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux mécanismes de perception de la nourriture chez des patients ayant subi un bypass gastrique Roux- en-Y, afin de réussir à perdre du poids et améliorer leur santé. Ce type de chirurgie est connu pour altérer la perception de la nourriture et le comportement alimentaire, mais également la sécrétion d'adipokines et de peptides gastriques. Dans une approche interdisciplinaire et globale, cette deuxième étude investigue donc les différences entre les patients opérés et des individus « contrôles » de poids similaire au niveau des interactions entre leur activité cérébrale et les mesures de leurs hormones gastriques. D'un côté, nous avons investigué la dynamique spatio-temporelle cérébrale de la perception visuelle de nourriture de haute et de basse densité énergétique dans deux états physiologiques différent (pre- et post-prandial). Et de l'autre, nous avons également investigué les mesures physiologiques des hormones gastriques. Ensuite, afin d'évaluer les altérations liées à l'intervention chirurgicale au niveau des interactions entre la réponse cérébrale et la sécrétion d'hormone, des corrélations entre ces deux mesures ont été comparées entre les deux groupes. Les résultats révèlent que l'intervention chirurgicale du bypass gastrique Roux-en-Y altère la dynamique spatio-temporelle de la perception visuelle de la nourriture de haute et de basse densité énergétique, ainsi que les interactions entre cette dernière et les mesures périphériques des hormones gastriques. Nous discutons le rôle potentiel de ces altérations en relation avec les modulations des facteurs physiologiques et les changements du comportement alimentaire préalablement déjà démontrés. De cette manière, nous identifions des cibles potentielles pour le développement de stratégies d'intervention future, au niveau comportemental, cérébral et endocrinien (hormones gastriques) en ce qui concerne les déviances du comportement alimentaire, dont l'obésité. Nos deux études réunies démontrent que la représentation visuelle de la nourriture dans le cerveau est plastique et que des modulations de l'activité neurale apparaissent déjà à un stade très précoce des mécanismes de perception visuelle. Différents facteurs d'influence comme une exposition repetee, le bypass gastrique Roux-en-Y, la motivation (état nutritionnel), ainsi que la densité énergétique de la nourriture qui est perçue ont pu être identifiés.

Immunological and protective properties of novel malaria blood stage peptide antigens

ABSTRACT Malaria is a major worldwide public health problem, with transmission occurring throughout Africa, Asia, Oceania and Latin America. Over two billion people live in malarious areas of the world and it is estimated that 300-500 million cases and 1.5-2.7 million deaths occur annually. The increase in multi-drug resistant parasites and insecticide-resistant vectors has made the development of malaria vaccine a public health priority. The published genome offers tremendous opportunity for the identification of new antigens that can befast-tracked for vaccine development. We identified potential protein antigens present on the surface of asexual malaria blood stages through bioinformatics and published transcriptome and proteorné analysis. Amongst the proteins identified, we selected those that contain predicted a-helical coiled-coil regions, which are generally short and structurally stable as isolated fragments. Peptides were synthesized and used to immunize mice. Most peptides tested were immunogenic as demonstrated in ELISA assays, and induced antibodies of varying titres. In immunofluorescence assays, anti-sera from immunized mice reacted with native proteins expressed at different intraerythrocytic developmental stages of the parasite's cycle. In parallel in vitro ADCI functional studies, human antibodies affinity purified on some of these peptides inhibited parasite growth in association with monocytes in magnitudes similar to that seen in semiimmune African adults. Siudies using human immune sera taken from different malaria endemic regions, demonstrated that majority of peptides were recognized at high prevalence. 73 peptides were next tested in longitudinal studies in two cohorts separated in space and time in coastal Kenya. In these longitudinal analyses, antibody responses to peptides were sequentially examined in two cohorts of children at risk of clinical malaria in order to characterize the level of peptide recognition by age, and the role of anti-peptide antibodies in protection from clinical malaria. Ten peptides were associated ?with a significantly reduced odds ratio for an episode of clinical malaria in the first cohort of children and two of these peptides (LR146 and ÁS202.11) were associated with a significantly reduced odds ratio in both cohorts. This study has identified proteins PFB0145c and MAL6P1.37 among others as likely targets of protective antibodies. Our findings support further studies to systematically assess immunogenicity of peptides of interest in order to establish clear criteria for optimal design of potential vaccine constructs to be tested in clinical trials. RESUME La malaria est un problème de santé publique mondial principalement en Afrique, en Asie, en Océanie et en Amérique latine. Plus de 2 milliards de personnes vivent dans des régions endémiques et le nombre de cas par année est estimé entre 300 et 500 millions. 1.5 à 2.7 millions de décès surviennent annuellement dans ces zones. L'augmentation de la résistance aux médicaments et aux insecticides fait du développement d'un vaccin une priorité. Le séquençage complet du génome du parasite offre l'opportunité d'identifier de nouveaux antigènes qui peuvent rapidement mener au développement d'un vaccin. Des protéines antigéniques potentielles présentes à la surface des globules rouges infectés ont été identifiées par bioinformatique et par l'analyse du protéome et du transcriptome. Nous avons sélectionné, parmi ces protéines, celles contenant des motifs dits "a helical coiled-coil" qui sont généralement courts et structurellement stables. Ces régions ont été obtenues par synthèse peptidique et utilisées pour immuniser des souris. La plupart des peptides testés sont immunogéniques et induisent un titre variable d'anticorps déterminé par ELISA. Les résultats de tests d'immunofluorescence indiquent que les sera produits chez la souris reconnaissent les protéines natives exprimées aux différents stades de développement du parasite. En parallèle, des études d'ADCI in vitro montrent qué des anticorps humains purifiés à partir de ces peptides associés à des monocytes inhibent la croissance du parasite aussi bien que celle observée chez des adultes africains protégés. Des études d'antigénicité utilisant des sera de personnes protégées de différents âges vivant dans des régions endémiques montrent que la majorité des peptides sont reconnus avec une haute prévalence. 73 peptides ont été testés dans une étude longitudinale avec 2 cohortes de la côte du Kenya. Ces 2 groupes viennent de zones bien distinctes et les prélèvements n'ont pas été effectués pendant la même période. Dans cette étude, la réponse anticorps contre les peptides synthétiques a été testée dans les 2 cohortes d'enfants à risque de développer un épisode de malaria afin de caractériser le niveau de reconnaissance des peptides en fonction de l'âge et de déterminer le rôle des anticorps anti-peptides dans la protection contre la malaria. Parmi ces peptides, 10 sont associés à une réduction significative des risques de développer un épisode de malaria dans la première cohorte alors qu'un seul (LR146 et AS202.11) l'est dans les 2 cohortes. Cette étude a identifié, parmi d'autres, les protéines PFB0145c et MAL6P1.37 comme pouvant être la cible d'anticorps. Ces résultats sont en faveur de futures études qui évalueraient systématiquement l'immunogénicité des peptides d'intérêt dans le but d'établir des critères de sélection clairs pour le développement d'un vaccin. Résumé pour un large public La malaria est un problème de santé publique mondial principalement en Afrique, en Asie, en Océanie et en Amérique latine. Plus de 2 milliards de personnes vivent dans des régions endémiques et le nombre de cas par année est estimé entre 300 et 500 millions. 1.5 à 2.7 millions de décès surviennent annuellement dans ces zones. La résistance aux médicaments et aux insecticides augmente de plus en plus d'où la nécessité de développer un vaccin. Le séquençage complet du génome (ensemble des gènes) de P. falciparum a conduit au développement de nouvelles .études à large échelle dans le domaine des protéines du parasite (protéome) ; dans l'utilisation d'algorithmes, de techniques informatiques et statistiques pour l'analyse de données biologiques (bioinformatique) et dans les technologies de transcription et de profiles d'expression (transcriptome). Nous avons identifié, en utilisant les outils ci-dessus, des nouvelles protéines antigéniques qui sont présentes au stade sanguin de la malaria. Nous avons sélectionné, parmi ces protéines, celles contenant un motif dit "a-helical coiled-coil" qui sont des domaines impliqués dans un large éventail de fonctions biologiques. Des peptides représentant ces régions structurellement stables ont été synthétisés et utilisés pour immuniser des souris. La plupart des peptides testés sont immunogéniques et induisent un titre variable d'anticorps déterminé par ELISA. Les résultats de tests d'immunofluorescence indiquent que plusieurs sera de souris immunisées avec ces peptides reconnaissent les protéines natives exprimées à la surface des globules rouges infectés. En parallèle, des études d'ADCI in vitro montrent que des anticorps humains purifiés à partir de ces peptides en présence de monocytes inhibent la croissance du parasite de manière similaire à celle observée chez des adultes africains protégés. Des études d'antigénicité utilisant des sera de personnes immunes de différents âges (adultes et enfants) vivant dans des régions endémiques montrent que la majorité des peptides sont reconnus avec une haute prévalence. 73 peptides ont été testés dans des études épidémiologiques dans 2 villages côtiers du Kenya Ces 2 groupes vivent dans des zones bien distinctes et les prélèvements n'ont pas été effectués pendant la même période. Dans ces études, la réponse anticorps dirigée contre les peptides synthétiques a été testée en utilisant 467 échantillons sanguins d'enfants à risque de développer un épisode de malaria afin de caractériser le niveau de reconnaissance des peptides en fonction de l'âge et de déterminer le rôle des anticorps anti-peptides dans la protection contre la malaria cérébrale. Parmi ces peptides, 10 sont associés à une protection contre un épisode de malaria dans le premier village alors qu'un seul l'est dans les 2 villages. Ces résultats sont en faveur de futures études qui évalueraient systématiquement l'immunogénicité des peptides intéressants dans le but d'établir des critères de sélection clairs pour le développement d'un vaccin.

La personnalité comme facteur prédictif des symptômes comportementaux et psychologiques chez les patients qui présentent des troubles cognitifs légers

Background and Aims: Both personality changes and behavioural and psychological symptoms (BPS) may be associated with mild cognitive impairment (MCI) in later life and help identify incipient dementia. We wished to investigate the links between personality and BPS in MCI. Method: We studied premorbid personality traits as estimated five years back and their changes in 83 control subjects and 52 MCI patients using the NEO-PI-R for the Five-Factor Model completed by a proxy. Information on BPS was obtained using the Neuropsychiatrie Inventory (NPI). Analyses were controlled for current depression and anxiety. Results: premorbid neuroticism and openness to experience were associated with the total NPI score. The changes in neuroticism, extraversion, openness to experiences, and conscientiousness were associated with apathy and affective symptoms. Conclusions: Personality changes and BPS occur in MCI. The occurrence of affective BPS and apathy is associated with both premorbid personality and their changes. - Cette thèse a eu pour objectif d'étudier l'impact des traits de la personnalité sur le développement de symptômes comportementaux et psychologiques (SCP) chez des personnes qui présentent de troubles cognitifs légers (Mild Cognitive Impairment ou MCI) par rapport à un groupe de sujets contrôle en bonne santé sans troubles cognitifs. Cette thèse s'est s'inserite dans une étude plus large regroupant des aspects neuropsychologiques, génétiques et des marqueurs structuraux cérébraux d'imagerie chez les mêmes participants. La découverte d'un MCI a un impact important en soulevant la question d'éventuels traitements préventifs et de modification du cours d'un trouble ou d'une maladie sous-jacente. Les manifestations cliniques, notamment les SCP, sont source de souffrance chez le patient et les proches et la première cause d'institutionnalisation. Connaître les liens entre la personnalité et les SCP chez les patients qui présentent un MCI s'avère primordial si l'on veut les détecter précocement et favoriser un traitement mieux adapté, tant pharmacologique que psychothérapeutique, pour tenter de freiner leur impact sur l'évolution de la maladie. Nous avons comparé 52 patients MCI avec 83 sujets contrôles. La personnalité au moment de l'étude et estimée rétrospectivement à cinq ans en arrière a été évalué par un proche à l'aide du NEO-PI-R, principal instrument basé sur le Five Factor Model. Pour évaluer la présence de SCP nous avons utilisé l'inventaire neuropsychiatrique (NPI-Q). Les analyses ont étés contrôlées en tenant compte des principales variables confondantes. Le groupe MCI présente des traits de personnalité prémorbide différents de ceux des participants contrôles avec des niveaux inférieurs d'ouverture à l'expérience, d'agréabilité et de conscience. Les changements de personnalité sont marqués chez les MCI avec une augmentation du névrosisme et une diminution de l'extraversion et de la conscience. La personnalité est restée stable chez le groupe contrôle. Le groupe MCI présente souvent des SCP, en particulier des symptômes affectifs (dépression, anxiété, irritabilité, troubles du sommeil) et de l'apathie tandis que les SCP sont presqu'inexistantes chez le groupe contrôle. Les valeurs de névrosisme plus élevés et l'ouverture à l'expérience plus basses sont associées à la présence de SCP. En plus, le changement de la personnalité, à savoir l'augmentation du névrosisme et la diminution de conscience sont associées à la présence de SCP, aux symptômes affectifs et à l'apathie. La diminution d'extraversion et d'ouverture à l'expérience sont associées à la présence de SCP, aux symptômes affectifs mais pas à l'apathie. Cette étude montre que la personnalité change déjà au stade de MCI et que l'apparition des SCP affectifs et de l'apathie est précoce. Certains profils prémorbides et changements de personnalité sont associés à la présence de SCP. L'évaluation de ces changements peut favoriser le diagnostic précoce des troubles cognitifs. Des études prospectives sur des patients MCI sont essentielles afin d'approfondir la compréhension des facteurs de risque liés à la personnalité sur le déclin cognitif et les SCP associés.

Le rôle de la matérialité dans l'apprentissage de la lecture : aspects du curriculum enseigné, pratique enseignante et développement chez l'élève : une étude de cas à l'école primaire française

Notre étude consiste en une recherche longitudinale pour laquelle une cohorte d'élèves a été suivie depuis la Grande Section de l'école maternelle française (élèves de 5-6 ans) jusqu'au Cours Élémentaire 1re année de l'école élémentaire française (élèves de 7-8 ans) dans des situations ordinaires de classe. À ces niveaux scolaires, l'un des principaux objectifs du curriculum est l'apprentissage de la lecture. Nous considérons que l'élève construit les compétences de lecture à acquérir, i.e. les compétences caractérisant son développement potentiel, en s'appuyant sur les compétences caractérisant son développement actuel (Vygotski, 1934/1997). Lorsqu'il apprend à lire, l'élève a à sa disposition des moyens sémiotiques relatifs à la connaissance des objets et leurs usages, ainsi qu'aux gestes et leur signification (Moro & Rodriguez, 2005), ce que nous appelons globalement la matérialité. En conséquence, dans cette recherche, nous faisons l'hypothèse que ces premières habiletés relatives à la matérialité, constituent une ressource dans les situations d'enseignement- apprentissage de la lecture. Nous réalisons une étude de cas dont le recueil des données, à caractère ethnographique, est constitué de moments de classe enregistrés en vidéo, et ce, quatre fois par année scolaire. Ces douze enregistrements vidéo sont complétés par deux entretiens semi-directifs et un entretien d'auto- confrontation ; ils sont aussi mis en lien avec les Instructions officielles (programmes scolaires). L'analyse est à la fois macrogénétique et microgénétique. Pour chaque observation, concernant l'analyse macrogénétique, nous réalisons le synopsis à partir duquel nous sélectionnons des épisodes significatifs porteurs de matérialité. Les épisodes significatifs sont constitués des événements remarquables dont les analyses microgénétiques nécessitent l'utilisation d'outils, à savoir les tableaux des matérialités et les photogrammes. Notre étude montre que la matérialité permet aux élèves de devenir lecteurs et que les formes de cette matérialité changent en fonction de l'avancée des acquisitions des élèves et des dimensions de la lecture (code et compréhension) à apprendre. - Our research consists of a longitudinal study in which one group of pupils in ordinary classroom situations has been followed from the top level of French pre-elementary school (5- to 6 year-old pupils) to the second level of French primary school (7- to 8 year-old pupils). For these three school grades, one of the main objectives in the curriculum is learning to read. We consider that pupils build their new reading skills, i.e. the skills characterizing their potential development, by relying on skills characterizing their actual development (Vygotski, 1934/1997). When learning to read, pupils yet have at their disposal semiotic abilities related to knowledge both of material objects and their uses, and of basic gestures and their meaning (Moro & Rodriguez, 2005), all of this we sum up under the term of materiality. Consequently, in our research, we make the hypothesis that the children's basic abilities related to materiality constitute a resource in teaching-learning situations. We have chosen to carry out a case study. The data collected consist of videos of class sequences carried out four times a year for three years. These twelve videos are supplemented by two semi- structured interviews with the teacher, one "self-confronting" interview in which the teacher is brought to discuss her actions and by the analysis of the ministry's school curricula. Our analysis is both macrogenetic and microgenetic. For each teaching sequence, on the level of macrogenetic analysis, we have made up the synopsis from which we have selected significant episodes in terms of materiality. The significant episodes are composed of remarkable events the microgenetic analysis of which requires the use of tools such as materiality boards and photograms. Our study shows that materiality enables pupils to develop reading skills and that the forms that materiality takes on change according to the pupils' acquisition progress and the aspects of reading (code and comprehension) still to be learned.