Unpacking the cognitive map: the parallel map theory of hippocampal function

In the parallel map theory, the hippocampus encodes space with 2 mapping systems. The bearing map is constructed primarily in the dentate gyrus from directional cues such as stimulus gradients. The sketch map is constructed within the hippocampus proper from positional cues. The integrated map emerges when data from the bearing and sketch maps are combined. Because the component maps work in parallel, the impairment of one can reveal residual learning by the other. Such parallel function may explain paradoxes of spatial learning, such as learning after partial hippocampal lesions, taxonomic and sex differences in spatial learning, and the function of hippocampal neurogenesis. By integrating evidence from physiology to phylogeny, the parallel map theory offers a unified explanation for hippocampal function.

Visuo-motor and cognitive procedural learning in children with basal ganglia pathology.

We investigated procedural learning in 18 children with basal ganglia (BG) lesions or dysfunctions of various aetiologies, using a visuo-motor learning test, the Serial Reaction Time (SRT) task, and a cognitive learning test, the Probabilistic Classification Learning (PCL) task. We compared patients with early (<1 year old, n=9), later onset (>6 years old, n=7) or progressive disorder (idiopathic dystonia, n=2). All patients showed deficits in both visuo-motor and cognitive domains, except those with idiopathic dystonia, who displayed preserved classification learning skills. Impairments seem to be independent from the age of onset of pathology. As far as we know, this study is the first to investigate motor and cognitive procedural learning in children with BG damage. Procedural impairments were documented whatever the aetiology of the BG damage/dysfunction and time of pathology onset, thus supporting the claim of very early skill learning development and lack of plasticity in case of damage.

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).

Impact of severe epilepsy on development: Recovery potential after successful early epilepsy surgery.

Purpose: Epilepsy surgery in young children with focal lesions offers a unique opportunity to study the impact of severe seizures on cognitive development during a period of maximal brain plasticity, if immediate control can be obtained. We studied 11 children with early refractory epilepsy (median onset, 7.5 months) due to focal lesion who were rendered seizure-free after surgery performed before the age of 6 years. Methods: The children were followed prospectively for a median of 5 years with serial neuropsychological assessments correlated with electroencephalography (EEG) and surgery-related variables. Results: Short-term follow-up revealed rapid cognitive gains corresponding to cessation of intense and propagated epileptic activity [two with early catastrophic epilepsy; two with regression and continuous spike-waves during sleep (CSWS) or frontal seizures]; unchanged or slowed velocity of progress in six children (five with complex partial seizures and frontal or temporal cortical malformations). Longer-term follow-up showed stabilization of cognitive levels in the impaired range in most children and slow progress up to borderline level in two with initial gains. Discussion: Cessation of epileptic activity after early surgery can be followed by substantial cognitive gains, but not in all children. In the short term, lack of catch-up may be explained by loss of retained function in the removed epileptogenic area; in the longer term, by decreased intellectual potential of genetic origin, irreversible epileptic damage to neural networks supporting cognitive functions, or reorganization plasticity after early focal lesions. Cognitive recovery has to be considered as a "bonus," which can be predicted in some specific circumstances.

Validation de la version française de l'échelle de contrôle de Levenson (IPC), influence de variables démographiques et de la personnalité

We have examined the internal validity of the Levenson's locus of control scales (IPC, Internal, Powerful others and Chances), translated by Loas et al. (1994). The impact of different demographic variables on the Levenson's locus of control scales was assessed. After, we studied the relation between the IPC scales and the NEO PI R, personality inventory that measures the big five. A large sample (n=200) of subjects of different age, gender and profession and a sample of Swiss students (n=161) responding anonymously were used. The reliability of the IPC scale is acceptable. The analyses of the impact of the demographic variables show that gender and level of education have an influence on the I (intern) scale. Age, gender, level of education and profession have an impact on the P (powerful others) scale. The analyses of the relationship between locus of control and personality showed that there was a negative correlation between I (intern) and Neuroticism and a positive correlation between I and Extraversion and Consciousness. The P (powerful others) scale correlate positively with Neuroticism and negatively with Openness and Agreability. The C scale (chance) correlate positively with Neuroticism. Our study also gives the researchers and the practitioner a reference score table according to the gender, the age, the level of education and the profession.

Hypertension. Effets du traitement antihypertenseur sur les fonctions cognitives [Hypertension. Effects of antihypertensive therapy on cognitive functions].

A cause and effect relationship between arterial hypertension and decline of cognitive function has long been suspected. In middle-age subjects indeed, an abnormally high blood pressure is a risk factor for the long-term development of dementia. Presently, it seems crucial to treat hypertensive patients in order to better protect them against cognitive decline. However, in the elderly patients the risk of mental deterioration may also be enhanced when diastolic pressure becomes too low, for example below 70 mmHg. Further studies are required to better define the antihypertensive drug regimen and target blood pressure which would be optimal for the prevention of cerebral small vessel disease.

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.