Environnement et capacités cognitives chez le rat : compétition entre les facteurs qui influencent les stratégies spatiales

RESUME Ce travail se propose de discuter des résultats comportementaux observés chez des rats obtenus dans trois paradigmes expérimentaux différents : le bassin de Morris (Morris Water Maze, Morris, 1984) ; la table à trous (Homing Board, Schenk, 1989) et le labyrinthe radial (Radial Arm Maze, Olton et Samuelson, 1976). Les deux premières tâches sont spatiales et permettent un apprentissage de place en environnements contrôlés, et la troisième est une tâche comportementale qui différencie deux habiletés particulières, celle d'élimination (basée sur la mémoire de travail) et celle de sélection (basée sur la mémoire de référence). La discussion des résultats porte sur les stratégies de navigation utilisées par les animaux pour résoudre les tâches et plus précisément sur les facteurs qui peuvent influencer le choix de ces stratégies. Le facteur environnemental (environnement contrôlé) et le facteur cognitif (vieillissement) représentent les variables étudiées ici. C'est ainsi que certaines hypothèses communément acceptées ont été malmenées par nos résultats. Or si l'espace est habituellement supposé homogène (toutes les positions spatiales présentent le même degré de difficulté lors d'un apprentissage en champ ouvert), ce travail établit qu'une position associée -sans contiguïté - à l'un des trois indices visuels situés dans la périphérie de l'environnement est plus difficile à apprendre qu'une position située entre deux des trois indices. Deuxièmement, alors qu'il est admis que l'apprentissage d'une place dans un environnement riche requiert le même type d'information. dans la bassin de Morris (tâche nagée) que sur la table à trous (tâche marchée), nous avons montré que la discrimination spatiale en bassin ne peut être assurée par les trois indices visuels périphériques et nécessite la présence d'au moins un élément supplémentaire. Enfin, l'étude du vieillissement a souvent montré que l'âge réduit les capacités cognitives nécessaires à la navigation spatiale, conduisant à un déficit général des performances d'un animal sénescent, alors que dans notre travail, nous avons trouvé les animaux âgés plus performants et plus efficaces que les adultes dans une tâche particulière de collecte de nourriture. Ces expériences s'inscrivent dans une étude générale qui met à l'épreuve le modèle théorique proposé pax Schenk et Jacobs (2003), selon lequel l'encodage de la carte cognitive (Tolman, 1948 ; O'Keefe et Nadel, 1978) se ferait dans l'hippocampe par l'activité de deux modules complémentaires :d'une part le CA3 - Gyrus Denté pour le traitement d'une trame spatiale basée sur des éléments directionnels et Jou distribués en gradient (bearing map) et d'autre part le CAl - Subiculum pour le traitement des représentations locales basées sur les positions relatives des éléments fixes de l'environnement (sketch map). SUMMARY This work proposes to talk about behavioural results observed in three different experimental paradigms with rats: the Morris Water Maze (Morris, 1984); the Homing Board (Schenk, 1989) and the Radial Arm Maze (Olton and Samuelson, 1976). The two first tasks are spatial ones and allow place learning in controlled environments. The third one is a behavioural task which contrasts two particular skills, the elimination (based on working memory) and the selection one (based on reference memory). The topic of the discussion will be the navigation strategies used by animals to solve the different tasks, and more precisely the factors which can bias this strategies' choice. The environmental (controlled) and the cognitive (aging) factors are the variables studied here. Thus, some hypotheses usually accepted were manhandled by our results. Indeed, if space is habitually homogenously considered (all spatial positions present the same degree of difficulty in an open field learning), this work establishes that an associated position -without being adjacent - to one of the three visual cues localised in the environmental periphery is more difficult to learn than a configurationnel position (situated between two of the three cues). Secondly, if it is received that place learning in a rich environment requires the same information in the Morris water maze (swimming task) that on the Homing board (walking task), we showed that spatial discrimination in the water maze can't be provided by the three peripheral cue cards and needs the presence of a supplementary cue. At last, aging studies often showed that oldness decreases cognitive skills in spatial navigation, leading to a general deficit in performances. But, in our work, we found that senescent rats were more efficient than adult ones in a special food collecting task. These experiments come within the scope of a general study which tests the theoretical model proposed by Jacobs and Schenk (2003), according to which the cognitive map's encoding (Tolman, 1948, O'Keefe and Nadel, 1978) should take place in the hippocampus by two complementary modules, first the DG-CA3 should encode directional and/or gradients references (the bearing map), and secondly the Subiculum-CAl should process locale elements (the sketch map).

SIMULIT : description du modèle de simulation

Le modèle développé à l'Institut universitaire de médecine sociale et préventive de Lausanne utilise un programme informatique pour simuler les mouvements d'entrées et de sorties des hôpitaux de soins généraux. Cette simulation se fonde sur les données récoltées de routine dans les hôpitaux; elle tient notamment compte de certaines variations journalières et saisonnières, du nombre d'entrées, ainsi que du "Case-Mix" de l'hôpital, c'est-à-dire de la répartition des cas selon les groupes cliniques et l'âge des patients.

Recherche translationnelle: de l'animal modèle de schizophrénie à la forme humaine de difficulté cognitive. Evaluation des performances de navigation spatiale et des stratégies utilisées

Un protocole de tests sur labyrinthe radial permettant d'évaluer la navigation spatial chez l'homme a été réalisé. Ces tests sur labyrinthe radial sont basés sur le protocole utilisé sur l'animal modèle de schizophrénie dans le CNP (Centre de neuroscience psychiatrique) de Lausanne. Les recherches actuelles du CNP ont montré un déficit dans les capacités d'orientation spatiale de ces animaux [13]. Ainsi notre méthodologie consistera à tester des sujets humains dans des tâches de labyrinthe afin d'étudier de la manière la plus équivalente les différents déficits observés dans la pathologie humaine et dans le rat modèle. Cette démarche est à la base d'une approche translationnelle qui combine recherches cliniques et expérimentales. Le travail expérimental a été mené sur deux dispositifs analogues. a) «radial au doigt», ensemble de petits canaux qui peuvent être explorés par le doigt, yeux ouverts ou fermés et dans lesquels des textures différentes tapissent chaque bras. b) «radial sur écran tactile», deux labyrinthes qui comparent deux types d'indice locale, couleurs différentes ou patrons noir-blanc. Dans les deux dispositifs a été prévu une série de tests permettant d'évaluer la mémorisation des indices utilisés en les supprimant temporairement où en les mettant en contradiction. La première perturbation a pour but de tester l'importance du référentiel locale par une rotation de 90° du labyrinthe. La permutation des bras lors d'un dernier essai permet d'induire une situation ou les informations ont été soit correctes spatialement mais incorrectes localement (texture) soit inversement. Ces perturbations des informations sensorielles qui sont fournies au sujet, permettent d'observer les systèmes de repérage et leur poids relatif dans la construction d'un système de référence durant la navigation spatiale. Les résultats du labyrinthe radial au doigt montrent que dans les conditions utilisant les informations visuelles les participants sont sensiblement plus performants. Il est apparu que les informations visuelles prédominent sur les informations proprioceptives et tactiles. Ainsi dans la condition intégrant informations visuospatiales, proprioceptives et tactiles, les sujets basent plus fortement leur navigation spatiale sur les indices visuelles soit locale soit spatiale. Dans cette condition une différence significative de stratégie entre hommes et femmes est apparue. Les hommes se basent majoritairement sur des indices spatiaux tandis que les femmes préfèrent les indices locaux. En présence d'informations tactiles et proprioceptives mais en absence de la vision, les participants utilisent les références spatiale et locale complémentairement sans avoir un système prédominant. Alors que si uniquement les informations proprioceptives sont présentes, les sujets utilisent un système de référence spatiale (globale). Le labyrinthe radial sur écran tactile indique une différence de système de référence selon l'indice local employé. Les couleurs, étant des forts indices locaux, vont favoriser un système de référence local. Au contraire les patrons noirs-blancs sont des indices visiblement très complexes et difficiles à mémoriser qui vont pousser les sujets à utiliser une stratégie de référence spatiale.

Étude de la fonction de GLUT8 sur un modèle de souris "knock-out"

Résumé GLUT8 est la première des nouvelles isoformes des GLUT récemment identifiés. Il est fortement exprimé dans les testicules et plus faiblement dans les blastocystes, le cerveau, particulièrement au niveau de l'hippocampe, et le coeur. En conditions basales, il est retenu dans un compartiment intracellulaire. Si on l'exprime en surface cellulaire, par la mutation du motif d'internalisation dileucine, il transporte le glucose avec une bonne affinité. Dans le but d'étudier sa fonction au niveau de l'organisme, nous avons créé un modèle de knock out conditionnel, en entourant le dernier exon du gène de GLUT8 par deux sites loxP. En croisant nos souris avec une souche de souris transgénique exprimant la cre-recombinase dans les cellules de la lignée germinale, nous avons généré un modèle de souris portant la délétion totale de GLUT8 de manière constitutionnelle. Les statistiques effectuées sur les premières naissances indiquent qu'une partie des souris knock out ne survit pas, suggérant un rôle de GLUT8 au niveau du développement embryonnaire. Les souris qui ont survécu ne présentent toutefois pas d'anomalies durant la croissance et sont fertiles. Elles ont des taux de glucose et d'insuline sanguins normaux. Au niveau cérébral, la structure de l'hippocampe n'est pas modifiée par la suppression de GLUT8, cependant, les souris GLUT8-/- présentent une prolifération cellulaire augmentée dans le gyrus denté. Cette augmentation de division cellulaire pourrait être la réponse adaptée à une éventuelle augmentation de la mort cellulaire au niveau de l'hippocampe. Elles ne semblent toutefois pas présenter de défauts cognitifs majeurs dans le bassin de Morris en conditions normales. Toutefois, en conditions de jeûne, elles tendent à une meilleure mémorisation à court terme. Les études morphologiques et histologiques au niveau cardiaque n'ont pas révélé de d'hypertrophie au niveau ventriculaire. La stimulation de la contraction à l'isoprotérénol n'a pas mis en évidence de défaut d'adaptation des coeurs GLUT8-/-. Cependant l'analyse fonctionnelle par électrocardiogramme, en conditions basales, a montré une augmentation de la durée de l'onde P, suggérant un défaut dans la dépolarisation des oreillettes. Nos résultats indiquent que GLUT8 ne joue pas un rôle prédominant dans la survie et la fonction basale des souris. Il pourrait jouer un rôle plus important dans des situations stressantes pour l'organisme, comme l'hypoglycémie ou les conditions d'ischémie qui induiraient son expression à la membrane plasmique et stimuleraient le captage du glucose. Abstract GLUT8 was the first of the recently identified isoform of the GLUT family proteins. It is strongly expressed in the testis. It is also found at a lower level in the blastocyst, in heart and in the brain. Under basal conditions, it is retained in the intracellular compartment, but when the internalization motif dileucine is mutated, GLUT8 translocates to the plasma membrane and transports glucose with a relatively high affinity. To study its function in vivo, we created a conditional knock out mouse model. To do so, we targeted the last exon of the GLUT8 gene with two loxP sites. We then crossed these mice with a transgenic model expressing the cre-recombinase in the gem' line to generate a constitutional total knock out mouse. The statistics made on the first breedings showed that some of the knock out mice do not survive, suggesting a role of GLUT8 in the embryonic development. Conversely mice who survive do not show developmental defects and they are fertile with normal glucose and insulin blood levels. In the brain, the general structure of the hippocampus is not modified by the deletion of GLUT8. However, GLUT8-/- mice show an increase in the cell proliferation in the dentate gyms. This cell proliferation could be due to an increase in the cell death in the hippocampus. When tested in the morris water maze, these mice do not show any cognitive defects in the basal conditions, but they have a tendency to learn better in fasted conditions. The morphological and histological studies made at the heart level did not show any cardiac hypertrophy in the ventricles. The stimulation with isoproterenol did not show any adaptation defects in the GLUT8-/- hearts. However, the functional analysis made in basal conditions with the electrocardiogram showed an increase in the P wave length, suggesting a defect in the atrial depolarization in the knock out mice. Overall, our results show that GLUT8 does not play an important role in the basal general functions in the mice, but might play a more important role during whole organism stress. Hypoglycaemia or ischemia, for example could stimulate the GLUT8 translocation to the plasma membrane to increase specifically glucose uptake. Résumé tout public Les différentes cellules de l'organisme possèdent des propriétés particulières, qui leur permettent de maintenir les fonctions de l'organe auquel elles appartiennent. La membrane plasmique qui les délimite sélectionne les substances qui vont pénétrer à l'intérieur de la cellule et permet ainsi de maintenir un environnement interne constant. Le glucose est une source d'énergie importante pour la cellule et doit pouvoir pénétrer à l'intérieur de la cellule. Il utilise pour cela des protéines de transport qui le feront passer de part et d'autre de la membrane. Les protéines de la famille des GLUT (pour GLUcose Transporter) possèdent cette capacité. GLUT8 est un membre de la famille des GLUT identifié récemment. Il possède la capacité de transporter le glucose quand il se présente à la surface de la cellule. Il est principalement exprimé dans les testicules, dans le coeur et le cerveau et durant le développement embryonnaire. Son rôle n'est toutefois pas encore défini. Ce travail consiste à étudier la fonction de GLUT8 au niveau de l'organisme entier. Nous avons créé un modèle de souris dans lesquelles l'expression de GLUT8 a été supprimée pour mettre en évidence son importance dans le maintien de l'intégrité des fonctions du corps. Les observations effectuées sur les souris qui n'expriment plus GLUT8 nous indiquent que leurs cellules prolifèrent plus vite au niveau de l'hippocampe. L'hippocampe est une structure située dans le cerveau qui est impliquée dans les phénomènes d'apprentissage. Les souris qui ont été testées dans des tâches d'apprentissage n'ont malgré cela pas montré une amélioration de la mémorisation. Dans le coeur, la suppression de GLUT8 semble présenter un défaut quand on mesure l'activité électrique du coeur par électrocardiogramme. Toutefois, ils fonctionnent normalement et ne présentent pas de défauts morphologiques en conditions normales. Les expériences effectuées sur les modèles de souris indiquent que GLUT8 ne jouerait pas un rôle prédominant dans le fonctionnement normal du corps. Il pourrait exercer sa fonction dans des situations plus particulières comme l'hypoglycémie, où il permettrait une meilleure capacité à transporter le glucose dans les cellules.

La formulation de cas : un modèle d'évaluation psychologique de l'enfant et de l'adolescent

L'article présente le modèle de la formulation de cas pour l'évaluation psychologique de l'enfant et de l'adolescent. La formulation de cas s'est développée en réponse au diagnostic psychiatrique qui peut être perc ̧u comme une approche réductionniste du fonctionnement psychique. En Europe, de nombreux psychologues cliniciens ont adopté ce modèle, qui a initialement été développé par les psychothérapeutes d'orientation cognitivo-comportementale, et l'ont adapté à leur pratique respective. Ce modèle, aujourd'hui bien ancré dans la pratique clinique quotidienne, consiste à élaborer différents regards théoriques intégrant les résultats de la recherche scientifique pour favoriser la compréhension d'un cas clinique. Ce modèle s'inscrit parallèlement dans une approche centrée sur les preuves et dans une pratique réflexive de la clinique. L'objectif de la formulation de cas est d'élaborer des hypothèses et de proposer des traitements adéquats. La famille est toutefois intégrée dans le processus de discussion et de prise de décision, ce qui permet de renforcer l'alliance thérapeutique. Cet article présente les trois courants théoriques les plus utilisés dans la formulation de cas : les approches cognitivo-comportementale, psychodynamique et systémique. L'utilisation d'une seule et même vignette permettra de montrer la pertinence du modèle et la complémentarité des différentes approches cliniques.

Modèle et application pour la génération automatique de parcours d'apprentissage personnalisés à partir de sources de confiance

Résumé Lors d'une recherche d'information, l'apprenant est très souvent confronté à des problèmes de guidage et de personnalisation. Ceux-ci sont d'autant plus importants que la recherche se fait dans un environnement ouvert tel que le Web. En effet, dans ce cas, il n'y a actuellement pas de contrôle de pertinence sur les ressources proposées pas plus que sur l'adéquation réelle aux besoins spécifiques de l'apprenant. A travers l'étude de l'état de l'art, nous avons constaté l'absence d'un modèle de référence qui traite des problématiques liées (i) d'une part aux ressources d'apprentissage notamment à l'hétérogénéité de la structure et de la description et à la protection en terme de droits d'auteur et (ii) d'autre part à l'apprenant en tant qu'utilisateur notamment l'acquisition des éléments le caractérisant et la stratégie d'adaptation à lui offrir. Notre objectif est de proposer un système adaptatif à base de ressources d'apprentissage issues d'un environnement à ouverture contrôlée. Celui-ci permet de générer automatiquement sans l'intervention d'un expert pédagogue un parcours d'apprentissage personnalisé à partir de ressources rendues disponibles par le biais de sources de confiance. L'originalité de notre travail réside dans la proposition d'un modèle de référence dit de Lausanne qui est basé sur ce que nous considérons comme étant les meilleures pratiques des communautés : (i) du Web en terme de moyens d'ouverture, (ii) de l'hypermédia adaptatif en terme de stratégie d'adaptation et (iii) de l'apprentissage à distance en terme de manipulation des ressources d'apprentissage. Dans notre modèle, la génération des parcours personnalisés se fait sur la base (i) de ressources d'apprentissage indexées et dont le degré de granularité en favorise le partage et la réutilisation. Les sources de confiance utilisées en garantissent l'utilité et la qualité. (ii) de caractéristiques de l'utilisateur, compatibles avec les standards existants, permettant le passage de l'apprenant d'un environnement à un autre. (iii) d'une adaptation à la fois individuelle et sociale. Pour cela, le modèle de Lausanne propose : (i) d'utiliser ISO/MLR (Metadata for Learning Resources) comme formalisme de description. (ii) de décrire le modèle d'utilisateur avec XUN1 (eXtended User Model), notre proposition d'un modèle compatible avec les standards IEEE/PAPI et IMS/LIP. (iii) d'adapter l'algorithme des fourmis au contexte de l'apprentissage à distance afin de générer des parcours personnalisés. La dimension individuelle est aussi prise en compte par la mise en correspondance de MLR et de XUM. Pour valider notre modèle, nous avons développé une application et testé plusieurs scenarii mettant en action des utilisateurs différents à des moments différents. Nous avons ensuite procédé à des comparaisons entre ce que retourne le système et ce que suggère l'expert. Les résultats s'étant avérés satisfaisants dans la mesure où à chaque fois le système retourne un parcours semblable à celui qu'aurait proposé l'expert, nous sommes confortées dans notre approche.

Régime métropolitain, migrations résidentielles et recompositions urbaines : l'hypothèse de l'inversion du modèle de mobilité

Phénomène resté assez marginal jusqu'aux années quatre-vingt, la gentrification est devenue, dans certaines villes européennes, un principe de production de l'espace urbain. La ville que désertaient les classes moyennes parce qu'elle était associée à une densité excessive et à des nuisances de toutes sortes redevient ainsi le lieu d'une valorisation immobilière renouvelée, mais aussi d'un entre-soi sélectif, du spectacle et du plaisir répondant aux nouveaux styles d'habiter des nouveaux cadres de l'urbain globalisé. Qu'en est-il en Suisse ? L'article présente quelques résultats issus de deux recherches menées à l'échelle du système urbain et de l'agglomération lausannoise. L'observation des dynamiques à l'oeuvre ne permet pas de corroborer la thèse du « retour en ville ».

Neuroplasticity of inhibitory control

Executive control refers to a set of abilities enabling us to plan, control and implement our behavior to rapidly and flexibly adapt to environmental requirements. These adaptations notably involve the suppression of intended or ongoing cognitive or motor processes, a skill referred to as "inhibitory control". To implement efficient executive control of behavior, one must monitor our performance following errors to adjust our behavior accordingly. Deficits in inhibitory control have been associated with the emergènce of a wide range of psychiatric disorders, ranging from drug addiction to attention deficit/hyperactivity disorders. Inhibitory control deficits could, however, be remediated- The brain has indeed the amazing possibility to reorganize following training to allow for behavioral improvements. This mechanism is referred to as neural and behavioral plasticity. Here, our aim is to investigate training-induced plasticity in inhibitory control and propose a model of inhibitory control explaining the spatio- temporal brain mechanisms supporting inhibitory control processes and their plasticity. In the two studies entitled "Brain dynamics underlying training-induced improvement in suppressing inappropriate action" (Manuel et al., 2010) and "Training-induced neuroplastic reinforcement óf top-down inhibitory control" (Manuel et al., 2012c), we investigated the neurophysiological and behavioral changes induced by inhibitory control training with two different tasks and populations of healthy participants. We report that different inhibitory control training developed either automatic/bottom-up inhibition in parietal areas or reinforced controlled/top-down inhibitory control in frontal brain regions. We discuss the results of both studies in the light of a model of fronto-basal inhibition processes. In "Spatio-temporal brain dynamics mediating post-error behavioral adjustments" (Manuel et al., 2012a), we investigated how error detection modulates the processing of following stimuli and in turn impact behavior. We showed that during early integration of stimuli, the activity of prefrontal and parietal areas is modulated according to previous performance and impacts the post-error behavioral adjustments. We discuss these results in terms of a shift from an automatic to a controlled form of inhibition induced by the detection of errors, which in turn influenced response speed. In "Inter- and intra-hemispheric dissociations in ideomotor apraxia: a large-scale lesion- symptom mapping study in subacute brain-damaged patients" (Manuel et al., 2012b), we investigated ideomotor apraxia, a deficit in performing pantomime gestures of object use, and identified the anatomical correlates of distinct ideomotor apraxia error types in 150 subacute brain-damaged patients. Our results reveal a left intra-hemispheric dissociation for different pantomime error types, but with an unspecific role for inferior frontal areas. Les fonctions exécutives désignent un ensemble de processus nous permettant de planifier et contrôler notre comportement afin de nous adapter de manière rapide et flexible à l'environnement. L'une des manières de s'adapter consiste à arrêter un processus cognitif ou moteur en cours ; le contrôle de l'inhibition. Afin que le contrôle exécutif soit optimal il est nécessaire d'ajuster notre comportement après avoir fait des erreurs. Les déficits du contrôle de l'inhibition sont à l'origine de divers troubles psychiatriques tels que l'addiction à la drogue ou les déficits d'attention et d'hyperactivité. De tels déficits pourraient être réhabilités. En effet, le cerveau a l'incroyable capacité de se réorganiser après un entraînement et ainsi engendrer des améliorations comportementales. Ce mécanisme s'appelle la plasticité neuronale et comportementale. Ici, notre but èst d'étudier la plasticité du contrôle de l'inhibition après un bref entraînement et de proposer un modèle du contrôle de l'inhibition qui permette d'expliquer les mécanismes cérébraux spatiaux-temporels sous-tendant l'amélioration du contrôle de l'inhibition et de leur plasticité. Dans les deux études intitulées "Brain dynamics underlying training-induced improvement in suppressing inappropriate action" (Manuel et al., 2010) et "Training-induced neuroplastic reinforcement of top-down inhibitory control" (Manuel et al., 2012c), nous nous sommes intéressés aux changements neurophysiologiques et comportementaux liés à un entraînement du contrôle de l'inhibition. Pour ce faire, nous avons étudié l'inhibition à l'aide de deux différentes tâches et deux populations de sujets sains. Nous avons démontré que différents entraînements pouvaient soit développer une inhibition automatique/bottom-up dans les aires pariétales soit renforcer une inhibition contrôlée/top-down dans les aires frontales. Nous discutons ces résultats dans le contexte du modèle fronto-basal du contrôle de l'inhibition. Dans "Spatio-temporal brain dynamics mediating post-error behavioral adjustments" (Manuel et al., 2012a), nous avons investigué comment la détection d'erreurs influençait le traitement du prochain stimulus et comment elle agissait sur le comportement post-erreur. Nous avons montré que pendant l'intégration précoce des stimuli, l'activité des aires préfrontales et pariétales était modulée en fonction de la performance précédente et avait un impact sur les ajustements post-erreur. Nous proposons que la détection d'erreur ait induit un « shift » d'un mode d'inhibition automatique à un mode contrôlé qui a à son tour influencé le temps de réponse. Dans "Inter- and intra-hemispheric dissociations in ideomotor apraxia: a large-scale lesion-symptom mapping study in subacute brain-damaged patients" (Manuel et al., 2012b), nous avons examiné l'apraxie idémotrice, une incapacité à exécuter des gestes d'utilisation d'objets, chez 150 patients cérébro-lésés. Nous avons mis en avant une dissociation intra-hémisphérique pour différents types d'erreurs avec un rôle non spécifique pour les aires frontales inférieures.