The behavioral relevance and top-down susceptibility of early, low level multisensory interactions in humans

Abstract (English)General backgroundMultisensory stimuli are easier to recognize, can improve learning and a processed faster compared to unisensory ones. As such, the ability an organism has to extract and synthesize relevant sensory inputs across multiple sensory modalities shapes his perception of and interaction with the environment. A major question in the scientific field is how the brain extracts and fuses relevant information to create a unified perceptual representation (but also how it segregates unrelated information). This fusion between the senses has been termed "multisensory integration", a notion that derives from seminal animal single-cell studies performed in the superior colliculus, a subcortical structure shown to create a multisensory output differing from the sum of its unisensory inputs. At the cortical level, integration of multisensory information is traditionally deferred to higher classical associative cortical regions within the frontal, temporal and parietal lobes, after extensive processing within the sensory-specific and segregated pathways. However, many anatomical, electrophysiological and neuroimaging findings now speak for multisensory convergence and interactions as a distributed process beginning much earlier than previously appreciated and within the initial stages of sensory processing.The work presented in this thesis is aimed at studying the neural basis and mechanisms of how the human brain combines sensory information between the senses of hearing and touch. Early latency non-linear auditory-somatosensory neural response interactions have been repeatedly observed in humans and non-human primates. Whether these early, low-level interactions are directly influencing behavioral outcomes remains an open question as they have been observed under diverse experimental circumstances such as anesthesia, passive stimulation, as well as speeded reaction time tasks. Under laboratory settings, it has been demonstrated that simple reaction times to auditory-somatosensory stimuli are facilitated over their unisensory counterparts both when delivered to the same spatial location or not, suggesting that audi- tory-somatosensory integration must occur in cerebral regions with large-scale spatial representations. However experiments that required the spatial processing of the stimuli have observed effects limited to spatially aligned conditions or varying depending on which body part was stimulated. Whether those divergences stem from task requirements and/or the need for spatial processing has not been firmly established.Hypotheses and experimental resultsIn a first study, we hypothesized that auditory-somatosensory early non-linear multisensory neural response interactions are relevant to behavior. Performing a median split according to reaction time of a subset of behavioral and electroencephalographic data, we found that the earliest non-linear multisensory interactions measured within the EEG signal (i.e. between 40-83ms post-stimulus onset) were specific to fast reaction times indicating a direct correlation of early neural response interactions and behavior.In a second study, we hypothesized that the relevance of spatial information for task performance has an impact on behavioral measures of auditory-somatosensory integration. Across two psychophysical experiments we show that facilitated detection occurs even when attending to spatial information, with no modulation according to spatial alignment of the stimuli. On the other hand, discrimination performance with probes, quantified using sensitivity (d'), is impaired following multisensory trials in general and significantly more so following misaligned multisensory trials.In a third study, we hypothesized that behavioral improvements might vary depending which body part is stimulated. Preliminary results suggest a possible dissociation between behavioral improvements andERPs. RTs to multisensory stimuli were modulated by space only in the case when somatosensory stimuli were delivered to the neck whereas multisensory ERPs were modulated by spatial alignment for both types of somatosensory stimuli.ConclusionThis thesis provides insight into the functional role played by early, low-level multisensory interac-tions. Combining psychophysics and electrical neuroimaging techniques we demonstrate the behavioral re-levance of early and low-level interactions in the normal human system. Moreover, we show that these early interactions are hermetic to top-down influences on spatial processing suggesting their occurrence within cerebral regions having access to large-scale spatial representations. We finally highlight specific interactions between auditory space and somatosensory stimulation on different body parts. Gaining an in-depth understanding of how multisensory integration normally operates is of central importance as it will ultimately permit us to consider how the impaired brain could benefit from rehabilitation with multisensory stimula-Abstract (French)Background théoriqueDes stimuli multisensoriels sont plus faciles à reconnaître, peuvent améliorer l'apprentissage et sont traités plus rapidement comparé à des stimuli unisensoriels. Ainsi, la capacité qu'un organisme possède à extraire et à synthétiser avec ses différentes modalités sensorielles des inputs sensoriels pertinents, façonne sa perception et son interaction avec l'environnement. Une question majeure dans le domaine scientifique est comment le cerveau parvient à extraire et à fusionner des stimuli pour créer une représentation percep- tuelle cohérente (mais aussi comment il isole les stimuli sans rapport). Cette fusion entre les sens est appelée "intégration multisensorielle", une notion qui provient de travaux effectués dans le colliculus supérieur chez l'animal, une structure sous-corticale possédant des neurones produisant une sortie multisensorielle différant de la somme des entrées unisensorielles. Traditionnellement, l'intégration d'informations multisen- sorielles au niveau cortical est considérée comme se produisant tardivement dans les aires associatives supérieures dans les lobes frontaux, temporaux et pariétaux, suite à un traitement extensif au sein de régions unisensorielles primaires. Cependant, plusieurs découvertes anatomiques, électrophysiologiques et de neuroimageries remettent en question ce postulat, suggérant l'existence d'une convergence et d'interactions multisensorielles précoces.Les travaux présentés dans cette thèse sont destinés à mieux comprendre les bases neuronales et les mécanismes impliqués dans la combinaison d'informations sensorielles entre les sens de l'audition et du toucher chez l'homme. Des interactions neuronales non-linéaires précoces audio-somatosensorielles ont été observées à maintes reprises chez l'homme et le singe dans des circonstances aussi variées que sous anes- thésie, avec stimulation passive, et lors de tâches nécessitant un comportement (une détection simple de stimuli, par exemple). Ainsi, le rôle fonctionnel joué par ces interactions à une étape du traitement de l'information si précoce demeure une question ouverte. Il a également été démontré que les temps de réaction en réponse à des stimuli audio-somatosensoriels sont facilités par rapport à leurs homologues unisensoriels indépendamment de leur position spatiale. Ce résultat suggère que l'intégration audio- somatosensorielle se produit dans des régions cérébrales possédant des représentations spatiales à large échelle. Cependant, des expériences qui ont exigé un traitement spatial des stimuli ont produits des effets limités à des conditions où les stimuli multisensoriels étaient, alignés dans l'espace ou encore comme pouvant varier selon la partie de corps stimulée. Il n'a pas été établi à ce jour si ces divergences pourraient être dues aux contraintes liées à la tâche et/ou à la nécessité d'un traitement de l'information spatiale.Hypothèse et résultats expérimentauxDans une première étude, nous avons émis l'hypothèse que les interactions audio- somatosensorielles précoces sont pertinentes pour le comportement. En effectuant un partage des temps de réaction par rapport à la médiane d'un sous-ensemble de données comportementales et électroencépha- lographiques, nous avons constaté que les interactions multisensorielles qui se produisent à des latences précoces (entre 40-83ms) sont spécifique aux temps de réaction rapides indiquant une corrélation directe entre ces interactions neuronales précoces et le comportement.Dans une deuxième étude, nous avons émis l'hypothèse que si l'information spatiale devient perti-nente pour la tâche, elle pourrait exercer une influence sur des mesures comportementales de l'intégration audio-somatosensorielles. Dans deux expériences psychophysiques, nous montrons que même si les participants prêtent attention à l'information spatiale, une facilitation de la détection se produit et ce toujours indépendamment de la configuration spatiale des stimuli. Cependant, la performance de discrimination, quantifiée à l'aide d'un index de sensibilité (d') est altérée suite aux essais multisensoriels en général et de manière plus significative pour les essais multisensoriels non-alignés dans l'espace.Dans une troisième étude, nous avons émis l'hypothèse que des améliorations comportementales pourraient différer selon la partie du corps qui est stimulée (la main vs. la nuque). Des résultats préliminaires suggèrent une dissociation possible entre une facilitation comportementale et les potentiels évoqués. Les temps de réactions étaient influencés par la configuration spatiale uniquement dans le cas ou les stimuli somatosensoriels étaient sur la nuque alors que les potentiels évoqués étaient modulés par l'alignement spatial pour les deux types de stimuli somatosensorielles.ConclusionCette thèse apporte des éléments nouveaux concernant le rôle fonctionnel joué par les interactions multisensorielles précoces de bas niveau. En combinant la psychophysique et la neuroimagerie électrique, nous démontrons la pertinence comportementale des ces interactions dans le système humain normal. Par ailleurs, nous montrons que ces interactions précoces sont hermétiques aux influences dites «top-down» sur le traitement spatial suggérant leur occurrence dans des régions cérébrales ayant accès à des représentations spatiales de grande échelle. Nous soulignons enfin des interactions spécifiques entre l'espace auditif et la stimulation somatosensorielle sur différentes parties du corps. Approfondir la connaissance concernant les bases neuronales et les mécanismes impliqués dans l'intégration multisensorielle dans le système normale est d'une importance centrale car elle permettra d'examiner et de mieux comprendre comment le cerveau déficient pourrait bénéficier d'une réhabilitation avec la stimulation multisensorielle.

Les préférences alimentaires sont-elles influencées par l'index de masse corporelle, l'âge, le sexe ou le tabac [Are food preferences affected by body mass index, age, sex or tobacco?].

In recent decades the percentage of energy derived from dietary fat has increased. The aim of this study was to explore the relationship between food taste preferences, BMI, age, gender and smoking habits. A computerized questionnaire using a hedonic scale (range 0 to 8) to quantify the liking for sweet and savoury, lean and fat foods, was filled by 233 adults: 171 normal weight (131 women, 40 men) and 62 overweight subjects (BMI > 25 kg/m2 42 women, 20 men). The majority of the subjects had a general preference for savoury lean food irrespective of their BMI or gender. Similarly, preference for sweet lean food was not influenced by the magnitude of the BMI. In contrast, overweight subjects had a preference for sweet fat food (p = 0.05) as well as for savoury fat food (p < 0.05). At any age or BMI, men preferred sweet fat food (p < 0.01). This was not the case for women. Overweight men over forty preferred savoury fat food, in contrast to overweight women of the same age (p < 0.01). The same difference existed between normal weight smokers and non-smokers. This study demonstrates that fat food preference plays a potential role in the development of obesity.

Positionnement par satellites (GPS) et accélérométrie : nouvelles applications dans le domaine du sport

Grâce à des développements technologiques récents, tels que le système de positionnement par satellites GPS (Global Positioning System) en mode différentie on est maintenant capable de mesurer avec une grande précision non seulement le profil de vitesse de déplacement d'un sujet sur la terre mais aussi sa trajectoire en faisant totalement abstraction de la chronométrie classique. De plus, des capteurs accélérométriques miniaturisés permettent d'obtenir un complément d'information biomécanique utile (fréquence et longueur du pas, signature accélérométrique individuelle). Dans cet artide, un exemple d'application de ces deux techniques à des sports tels que le ski alpin (descente ou Super G) et le sprint est présenté. La combinaison de plusieurs mesures physiologiques, cinétiques et biomécaniques permettra de mieux comprendre les facteurs endogènes et exogènes qui jouent un rôle dans l'amélioration des performances de l'homme.

Détectabilité extra-fovéale sur des images anatomiques

Contexte¦- Les métastases hépatiques hypovasculaires sont parfois difficile à détecter car très polymorphiques et fréquemment irrégulières. Leurs contrastes sur CT scan hépatique sont souvent faibles.¦- Lors d'un diagnostic, le radiologue ne fixe pas sa vision fovéale sur chaque pixel de l'image. Les expériences de psychophysique avec eye-tracker montrent en effet que le radiologue se concentre sur quelques points spécifiques de l'image appelés fixations. Dans ce travail, nous nous intéresserons aux capacités de détection de l'oeil lorsque l'observateur effectue une saccade entre deux points de fixation. Plus particulièrement, nous nous intéresserons à caractériser les capacités de l'oeil à détecter les signaux se trouvant en dehors de sa vision fovéale, dans ce qu'on appelle, la vision périphérique.¦Objectifs¦- Caractériser l'effet de l'excentricité de la vision sur la détectabilité des contrastes dans le cas de métastases hépatiques hypovasculaires.¦- Récolter des données expérimentales en vue de créer un modèle mathématique qui permettra, à terme, de qualifier le système d'imagerie.¦- → objectifs du TM en soit :¦o prendre en main l'eyetracker¦o traduire une problématique médicale en une expérience scientifique reproductible, quantifiable et qualifiable.¦Méthode¦Nous effectuons une expérience 2AFC (2 Alternative Forced-Choice experiment) afin d'estimer la détectabilité du signal. Pour cela, nous forcerons l'observateur à maintenir son point de fixation à un endroit défini et vérifié par l'eye-tracker. La position del'excentricité du signal tumoral généré sur une coupe de CT hépatique sera le paramètre varié. L'observateur se verra présenté tour à tour deux coupes de CT hépatique, l'une comportant le signal tumoral standardisé et l'autre ne comportant pas le signal. L'observateur devra déterminer quelle image contient la pathologie avec la plus grande probabilité.¦- Cette expérience est un modèle simplifié de la réalité. En effet, le radiologue ne fixe pas un seul point lors de sa recherche mais effectue un "scanpath". Une seconde expérience, dite en free search sera effectuée dans la mesure du temps à disposition. Lors de cette expérience, le signal standardisé sera connu de l'observateur et il n'y aura plus de point de fixation forcée. L'eyetracker suivra le scanpath effectué par l'oeil de l'observateur lors de la recherche du signal sur une coupe de CT scan hépatique. L'intérêt de cette expérience réside dans l'observation de la corrélation entre les saccades et la découverte du signal. Elle permet aussi de vérifier les résultats obtenus lors de la première expérience.¦Résultats escomptés¦- Exp1 : Quantifier l'importance de l'excentricité en radiologie et aider à améliorer la performance de recherche.¦- Exp 2 : tester la validité des résultats obtenus par la première expérience.¦Plus value escomptée¦- Récolte de données pour créer un modèle mathématique capable de déterminer la qualité de l'image radiologique.¦- Possibilité d'extension à la recherche dans les trois dimensions du CT scan hépatique.

Un projet de recherche : identifier les compétences développées par les policiers exposés à la violence et aux incivilités

Les problèmes de santé mentale (détresse psychique, dépression, burn-out, etc.) sont une préoccupation grandissante dans les sociétés occidentales. Ils se caractérisent par de gros risques de rechutes et de chronicisation (Lopez, Mathers, Ezzati, Jamison, Murray, 2006; The WHO World Mental Health Survey Consortium, 2004), ainsi que par des conséquences dramatiques pour les personnes qui en sont les victimes. Pour les organisations - et la police n'échappe pas à ce phénomène - ces problèmes constituent un défi majeur puisqu'ils sont associés à des épisodes d'absences prolongées et à une diminution importante de l'efficacité au travail. [Auteur]

Rôle de l'activation de c-Jun N-terminal kinase (JNK) dans un modèle de glaucome chez le rat et neuroprotection par inhibition de la voie de JNK

RESUME : Dans ce travail effectué chez le rat adulte, l'excitotoxicité rétinienne est élicitée par injection intravitréenne de NMDA. Les lésions en résultant sont localisées dans la rétine interne. Elles prennent la forme de pycnoses dans la couche des cellules ganglionnaires (corps cellulaires des cellules ganglionnaires et amacrines déplacées) et dans la partie interne de la couche nucléaire interne (cellules amacrines). Cette localisation est liée à la présence de récepteurs au glutamate de type NMDA sur ces cellules. L'activation de ces récepteurs entraîne un influx calcique et l'activation de diverses enzymes (phospholipase A, calpaïnes, calmoduline, synthase d'oxyde nitrique). La signalisation se poursuit en aval en partie par les voies des Mitogen Activated Protein Kinase (MAPK) : ERK, p38, ]NK. Dans les expériences présentées, toutes trois sont activées après l'injection de NMDA. Dans les cascades de signalisation de JNK, trois kinases s'ancrent sur une protéine scaffold. Les MAPKKK phosphorylent MKK4 et MKK7, qui phosphorylent JNK. JNK a de nombreuses cibles nucléaires (dont le facteur de transcription c-Jun) et cytoplasmiques. La voie de JNK est bloquée par l'inhibiteur peptidique D-JNKI-1 en empêchant l'interaction de la kinase avec son substrat. L'inhibiteur est formé de 20 acides aminés du domaine de liaison JBD et de 10 acides aminés de la partie TAT du virus HIV. L'injection intravitréenne de D-JNKI-1 permet une diminution des taux de JNK et c-Jun phosphorylés dans les lysats de rétine. L'effet prépondérant est la restriction importante des altérations histologiques des couches internes de la rétine. L'évaluation par électrorétinogramme met en sus en évidence une sauvegarde de la fonction cellulaire. Ce travail a ainsi permis d'établir la protection morphologique et fonctionnelle des cellules de la rétine interne par inhibition spécifique de la voie de JNK lors d'excitotoxicité. SUMMARY Excitotoxicity in the retina associates with several pathologies like retinal ischemia, traumatic optic neuropathy and glaucoma. In this study, excitotoxicity is elicited by intravitreal NMDA injection in adult rats. Lesions localise in the inner retina. They present as pyknotic cells in the ganglion cell layer (ganglion cells and displaced amacrines) and the inner nuclear layer (amacrine cells). These cells express NMDA glutamate receptors. The receptor activation leads to a calcium flow into the cell and hence enzyme activation (phospholipase, calpains, calmodulin, nitric oxide synthase). The subsequent signaling pathways can involve the Mitogen Activated Protein Kinases (MAPK): ERK, p38 end JNK. These were all activated in our experiments. The signaling cascade organises around several scaffold proteins. The various MAPKKK phosphorylate MKK4 and MKK7, which phosphorylate JNK. JNK targets are of nuclear (c-Jun transcription factor) or cytoplasmic localisation. The peptidic inhibitor D-JNKI-1, 20 amino acids from the JNK binding domain JBD coupled to 10 amino acids of the TAT transporter, disrupts the binding of JNK with its substrate. Intravitreal injection of the inhibitor lowers phosphorylated forms of JNK and c-Jun in retinal extracts. It protects strongly against histological lesions in the inner retina and allows functional rescue.

L'antipsychiatrie revisitée par l'oeuvre de Michel de Certeau

Alors que l'oeuvre de M. de Certeau rencontre une audience de plus en plus grande, il n'a jusqu'alors jamais été question d'un apport de sa réflexion à la pratique psychiatrique institutionnelle. La récurrence des questions ouvertes à la fin des années 1960 par l'antipsychiatrie pourrait trouver dans sa pensée un nouvel élan, non plus dans une dénonciation de l'ordre social mais dans une attention toujours plus fine aux pratiques inventives et originales des patients et des soignants. Confrontant la réflexion certalienne à celle d'autres penseurs majeurs de son époque (Foucault, Derrida), il sera question d'une lecture renouvelée des représentations qui sous-tendent la psychiatrie institutionnelle contemporaine.