Effects of neurotrophins on synaptic protein expression in the visual cortex of dark reared rats.

Total lack of visual experience [dark rearing (DR)] is known to prolong the critical period and delay development of sensory functions in mammalian visual cortex. Recent results show that neurotrophins (NTs) counteract the effects of DR on functional properties of visual cortical cells and exert a strong control on critical period duration. NTs are known to modulate the development and synaptic efficacy of neurotransmitter systems that are affected by DR. However, it is still unknown whether the actions of NTs in dark-reared animals involve interaction with neurotransmitter systems. We have studied the effects of DR on the expression of key molecules in the glutamatergic and GABAergic systems in control and NT-treated animals. We have found that DR reduced the expression of the NMDA receptor 2A subunit and its associated protein PSD-95 (postsynaptic density-95), of GRIP (AMPA glutamate receptor interacting protein), and of the biosynthetic enzyme GAD (glutamic acid decarboxylase). Returning dark-reared animals to light for 2 hr restored normal expression of the above-mentioned proteins almost completely. NT treatment specifically counteracts DR effects; NGF acts primarily on the NMDA system, whereas BDNF acts primarily on the GABAergic system. Finally, the action of NT4 seems to involve both excitatory and inhibitory systems. These data demonstrate that different NTs counteract DR effects by modulating the expression of key molecules of the excitatory and inhibitory neurotransmitter systems

Uma experiência didática de corrosão usando colorimetria visual

In this paper, a simple and rapid method of evaluating galvanized steel sheet corrosion in a CuSO4 solution, as an experimentation proposal for corrosion teaching. Galvanized steel corrosion is present in tanks and tubing by leading of natural or industrial waters which contain soluble copper compounds. This was the rationale for choosing the Cu2+ ions solution as an oxidizing agent. The method principle is based on visual colorimetry because the used oxidant has an intense blue color. Thus, a change in its concentration as a result of the corrosive process can be followed by a color intensity change in the solution thereby allowing evaluation of the corrosion rate.

“IT’S ALL RIGHT”. Multimodal rightward spatial bias modified by age and praxis

The general goal of the present work was to study whether spatial perceptual asymmetry initially observed in linguistic dichotic listening studies is related to the linguistic nature of the stimuli and/or is modality-specific, as well as to investigate whether the spatial perceptual/attentional asymmetry changes as a function of age and sensory deficit via praxis. Several dichotic listening studies with linguistic stimuli have shown that the inherent perceptual right ear advantage (REA), which presumably results from the left lateralized linguistic functions (bottom-up processes), can be modified with executive functions (top-down control). Executive functions mature slowly during childhood, are well developed in adulthood, and decline as a function of ageing. In Study I, the purpose was to investigate with a cross-sectional experiment from a lifespan perspective the age-related changes in top-down control of REA for linguistic stimuli in dichotic listening with a forced-attention paradigm (DL). In Study II, the aim was to determine whether the REA is linguistic-stimulus-specific or not, and whether the lifespan changes in perceptual asymmetry observed in dichotic listening would exist also in auditory spatial attention tasks that put load on attentional control. In Study III, using visual spatial attention tasks, mimicking the auditory tasks applied in Study II, it was investigated whether or not the stimulus-non-specific rightward spatial bias found in auditory modality is a multimodal phenomenon. Finally, as it has been suggested that the absence of visual input in blind participants leads to improved auditory spatial perceptual and cognitive skills, the aim in Study IV was to determine, whether blindness modifies the ear advantage in DL. Altogether 180-190 right-handed participants between 5 and 79 years of age were studied in Studies I to III, and in Study IV the performance of 14 blind individuals was compared with that of 129 normally sighted individuals. The results showed that only rightward spatial bias was observed in tasks with intensive attentional load, independent of the type of stimuli (linguistic vs. non-linguistic) or the modality (auditory vs. visual). This multimodal rightward spatial bias probably results from a complex interaction of asymmetrical perceptual, attentional, and/or motor mechanisms. Most importantly, the strength of the rightward spatial bias changed as a function of age and augmented praxis due to sensory deficit. The efficiency of the performance in spatial attention tasks and the ability to overcome the rightward spatial bias increased during childhood, was at its best in young adulthood, and decreased as a function of ageing. Between the ages of 5 and 11 years probably at first develops movement and impulse control, followed by the gradual development of abilities to inhibit distractions and disengage attention. The errors especially in bilateral stimulus conditions suggest that a mild phenomenon resembling extinction can be observed throughout the lifespan, but especially the ability to distribute attention to multiple targets simultaneously decreases in the course of ageing. Blindness enhances the processing of auditory bilateral linguistic stimuli, the ability to overcome a stimulus-driven laterality effect related to speech sound perception, and the ability to direct attention to an appropriate spatial location. It was concluded that the ability to voluntarily suppress and inhibit the multimodal rightward spatial bias changes as a function of age and praxis due to sensory deficit and probably reflects the developmental level of executive functions.

Inhibition of return, gap effect and saccadic reaction time to a visual target

Simple manual reaction time (MRT) to a visual target (S2) is shortened when a non-informative cue (S1) is flashed at the S2 location shortly before the onset of S2 (early facilitation). Afterwards, MRT to S2 appearing at the S1 location is lengthened (inhibition of return - IOR). Similar results have been obtained for saccadic reaction time (SRT). Moreover, when there is a temporal gap between offset of the fixation point (FP) and onset of a target (gap paradigm), SRT is shorter than SRT in an overlap paradigm (FP remains on). In the present study, we determined SRT to S2 (10º) after presenting S1 at the same eccentricity (10º) or at a parafoveal position (2º) in the same or in the opposite hemifield. In addition, we employed both gap and overlap paradigms. Twelve subjects were asked not to respond to S1 (2º or 10º) to the right or to the left of FP, but to respond by making a saccadic movement in response to S2. We obtained the following results: 1) a 40-ms gap effect, 2) an interaction between gap effect and IOR, 3) a 39-ms delay (IOR) when S2 appeared at the cued (S1) position, and 4) a smaller (17 ms) but significant inhibition when S1 occurred at 2º in the ipsilateral hemifield. Thus, a parafoveal (2º) S1 elicits an inhibition of SRT towards ipsilateral peripheral targets. Since an inhibition of the ipsilateral hemifield by a 1º eccentric cue has been reported to occur when manual responses are employed, we suggest that the postulated functional link between covert and overt orienting of attention is also valid for parafoveal cues.

Relative contribution of expectancy and immediate arousal to the facilitatory effect of an auditory accessory stimulus

An auditory stimulus speeds up a digital response to a subsequent visual stimulus. This facilitatory effect has been related to the expectancy and the immediate arousal that would be caused by the accessory stimulus. The present study examined the relative contribution of these two influences. In a first and a third experiment a simple reaction time task was used. In a second and fourth experiment a go/no-go reaction time task was used. In each of these experiments, the accessory stimulus preceded the target stimulus by 200 ms for one group of male and female volunteers (G Fix). For another group of similar volunteers (G Var) the accessory stimulus preceded the target stimulus by 200 ms in 25% of the trials, by 1000 ms in 25% of the trials and was not followed by the target stimulus in 50% of the trials (Experiments 1a and 1b) or preceded the target stimulus by 200 ms in 6% of the trials and by 1000 ms in 94% of the trials (Experiments 2a and 2b). There was a facilitatory effect of the accessory stimulus for G Fix in the four experiments. There was also a facilitatory effect of the accessory stimulus at the 200-ms stimulus onset asynchrony for G Var in Experiments 1a and 1b but not in Experiments 2a and 2b. The facilitatory effects observed were larger in the go/no-go task than in the simple task. Taken together, these results suggest that expectancy is much more important than immediate arousal for the improvement of performance caused by an accessory stimulus.

Visual communication stimulates reproduction in Nile tilapia, Oreochromis niloticus (L.)

Reproductive fish behavior is affected by male-female interactions that stimulate physiological responses such as hormonal release and gonad development. During male-female interactions, visual and chemical communication can modulate fish reproduction. The aim of the present study was to test the effect of visual and chemical male-female interaction on the gonad development and reproductive behavior of the cichlid fish Nile tilapia, Oreochromis niloticus (L.). Fifty-six pairs were studied after being maintained for 5 days under one of the four conditions (N = 14 for each condition): 1) visual contact (V); 2) chemical contact (Ch); 3) chemical and visual contact (Ch+V); 4) no sensory contact (Iso) - males and females isolated. We compared the reproductive behavior (nesting, courtship and spawning) and gonadosomatic index (GSI) of pairs of fish under all four conditions. Visual communication enhanced the frequency of courtship in males (mean ± SEM; V: 24.79 ± 3.30, Ch+V: 20.74 ± 3.09, Ch: 0.1 ± 0.07, Iso: 4.68 ± 1.26 events/30 min; P < 0.05, two-way ANOVA with LSD post hoc test), induced spawning in females (3 spawning in V and also 3 in Ch+V condition), and increased GSI in males (mean ± SEM; V: 1.39 ± 0.08, Ch+V: 1.21 ± 0.08, Ch: 1.04 ± 0.07, Iso: 0.82 ± 0.07%; P < 0.05, two-way ANOVA with LSD post hoc test). Chemical communication did not affect the reproductive behavior of pairs nor did it enhance the effects of visual contact. Therefore, male-female visual communication is an effective cue, which stimulates reproduction among pairs of Nile tilapia.

Interaction between affordance and handedness recognition: a chronometric study

The visualization of tools and manipulable objects activates motor-related areas in the cortex, facilitating possible actions toward them. This pattern of activity may underlie the phenomenon of object affordance. Some cortical motor neurons are also covertly activated during the recognition of body parts such as hands. One hypothesis is that different subpopulations of motor neurons in the frontal cortex are activated in each motor program; for example, canonical neurons in the premotor cortex are responsible for the affordance of visual objects, while mirror neurons support motor imagery triggered during handedness recognition. However, the question remains whether these subpopulations work independently. This hypothesis can be tested with a manual reaction time (MRT) task with a priming paradigm to evaluate whether the view of a manipulable object interferes with the motor imagery of the subject's hand. The MRT provides a measure of the course of information processing in the brain and allows indirect evaluation of cognitive processes. Our results suggest that canonical and mirror neurons work together to create a motor plan involving hand movements to facilitate successful object manipulation.

Charting developmental EEG gamma changes in the auditory modality /

The oscillation of neuronal circuits reflected in the EEG gamma frequency may be fundamental to the perceptual process referred to as binding (the integration of various thoughts and perceptions into a coherent picture). The aim of our study was to expand our knowledge of the developmental course ofEEG gamma in the auditory modality. 2 We investigated EEG 40 Hz gamma band responses (35.2 to 43.0 Hz) using an auditory novelty oddball paradigm alone and with a visual-number-series distracter task in 208 participants as a function of age (7 years to adult) at 9 sites across the sagital and lateral axes (F3, Fz, F4, C3, Cz, C4, P3, Pz, P4). Gamma responses were operationally defined as change in power or a change in phase synchrony level from baseline within two time windows. The evoked gamma response was defined as a significant change from baseline occurring between 0 to 150 ms after stimulus onset; the induced gamma response was measured from 250 to 750 ms after stimulus onset. A significant evoked gamma band response was found when measuring changes in both power and phase synchrony. The increase in both measures was maximal at frontal regions. Decreases in both measures were found when participants were distracted by a secondary task. For neither measure were developmental effects noted. However, evoked gamma power was significantly enhanced with the presentation of a novel stimulus, especially at the right frontal site (F4); frontal evoked gamma phase synchrony also showed enhancement for novel stimuli but only for our two oldest age groups (16-18 year olds and adults). Induced gamma band responses also varied with task-dependent cognitive stimulus properties. In the induced gamma power response in all age groups, target stimuli generated the highest power values at the parietal region, while the novel stimuli were always below baseline. Target stimuli increased induced synchrony in all regions for all participants, but the novel stimulus selectively affected participants dependent on their age and gender. Adult participants, for example, exhibited a reduction in gamma power, but an increase in synchrony to the novel stimulus within the same region. Induced gamma synchrony was more sensitive to the gender of the participant than was induced gamma power. While induced gamma power produced little effects of age, gamma synchrony did have age effects. These results confirm that the perceptual process which regulates gamma power is distinct from that which governs the synchronization for neuronal firing, and both gamma power and synchrony are important factors to be considered for the "binding" hypothesis. However, there is surprisingly little effect of age on the absolute levels of or distribution of EEG gamma in the age range investigated.

Cognitive consequences of expressive suppression : effects of sex and emotional valence

The present research was designed to examine whether sex and/or emotional valence pl aya role in the cognitive consequences (e.g., memory) of expressive suppression. Seventy-two (36 male and 36 female) undergraduates were randomly assigned to either a control or expressive suppression condition, and were asked to watch silent film clips intended to elicit amusement and disgust. While watching each film, participants listened to sixteen nonemotional words. After each film, participants were asked to answer questions about wha t they had seen in the film (visual memory), to recall as many words as they could (auditory recall memory), and to select from a list any words that they had heard during the previous film clip (auditory recognition memory). With regard to the effects of expressive suppression on visual memory, results indicated a 3-way interaction between condition, sex and film emotion: Men performed more poorly than women on the visual memory test after watching both the amusing and disgusting films in the control condition, and when watching the amusing film in the expressive suppression condition. However, men in the expressive suppression condition performed better than women after watching the disgusting film. In terms of the effects of expressive suppression on auditory memory (recognition and recall), a condition x film emotion interaction indicated that there was no difference in auditory memory for the expressive suppression and control conditions when watching the amusing film, but that the expressive suppression group showed poorer auditory memory than the control group for words presented during the disgusting film. Moreover, a ma in effect of sex on auditory memory suggested that men recalled and recognized more words than women across conditions. Taken together, these findings suggest that both sex and the emotional valence of films may influence the effects of expressive suppression on memory. Results will be discussed in the context of previous literature concerning the effects of expressive suppression on cognition.

Mécanismes de plasticité synaptique dans l’amygdale lors de la réactivation de la mémoire de peur auditive chez le rat : interaction dynamique des récepteurs NMDA et AMPA

La plasticité synaptique est une propriété indispensable à l’acquisition de la mémoire chez toutes les espèces étudiées, des invertébrés aux primates. La formation d’une mémoire débute par une phase de plasticité qui inclut une restructuration synaptique ; ensuite elle se poursuit par la consolidation de ces modifications, contribuant à la mémoire à long terme. Certaines mémoires redeviennent malléables lorsqu’elles sont rappelées. La trace mnésique entre alors dans une nouvelle de phase de plasticité, au cours de laquelle certaines composantes de la mémoire peuvent être mises à jour, puis reconsolidées. L’objectif de la présente thèse est d’étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sont activés lors du rappel d’une mémoire. Nous avons utilisé un modèle de conditionnement Pavlovien, combiné à l’administration d’agents pharmacologiques et à l’analyse quantitative de marqueurs de plasticité synaptique, afin d’étudier la dynamique de la mémoire de peur auditive chez des rats Sprague Dawley. La circuiterie neuronale et les mécanismes associatifs impliqués dans la neurobiologie de cette mémoire sont bien caractérisés, en particulier le rôle des récepteurs glutamatergiques de type NMDA et AMPA dans la plasticité synaptique et la consolidation. Nos résultats démontrent que le retour de la trace mnésique à un état de labilité nécessite l’activation des récepteurs NMDA dans l’amygdale baso-latérale à l’instant même du rappel, alors que les récepteurs AMPA sont requis pour l’expression comportementale de la réponse de peur conditionnée. D’autre part, les résultats identifient le rappel comme une phase bien plus dynamique que présumée, et suggèrent que l’expression de la peur conditionnée mette en jeu la régulation du trafic des récepteurs AMPA par les récepteurs NMDA. Le présent travail espère contribuer à la compréhension de la neurobiologie fondamentale de la mémoire. De plus, il propose une intégration des résultats aux modèles animaux d’étude des troubles psychologiques conséquents aux mémoires traumatiques chez l’humain, tels que les phobies et les syndromes de stress post-traumatiques.

Musique mixte et vidéo : intégration et interaction, piste vers une nouvelle esthétique

La version intégrale de ce mémoire est disponible uniquement pour consultation individuelle à la Bibliothèque de musique de l’Université de Montréal (www.bib.umontreal.ca/MU).

Corrélats neuronaux de l'expertise auditive

La voix humaine constitue la partie dominante de notre environnement auditif. Non seulement les humains utilisent-ils la voix pour la parole, mais ils sont tout aussi habiles pour en extraire une multitude d’informations pertinentes sur le locuteur. Cette expertise universelle pour la voix humaine se reflète dans la présence d’aires préférentielles à celle-ci le long des sillons temporaux supérieurs. À ce jour, peu de données nous informent sur la nature et le développement de cette réponse sélective à la voix. Dans le domaine visuel, une vaste littérature aborde une problématique semblable en ce qui a trait à la perception des visages. L’étude d’experts visuels a permis de dégager les processus et régions impliqués dans leur expertise et a démontré une forte ressemblance avec ceux utilisés pour les visages. Dans le domaine auditif, très peu d’études se sont penchées sur la comparaison entre l’expertise pour la voix et d’autres catégories auditives, alors que ces comparaisons pourraient contribuer à une meilleure compréhension de la perception vocale et auditive. La présente thèse a pour dessein de préciser la spécificité des processus et régions impliqués dans le traitement de la voix. Pour ce faire, le recrutement de différents types d’experts ainsi que l’utilisation de différentes méthodes expérimentales ont été préconisés. La première étude a évalué l’influence d’une expertise musicale sur le traitement de la voix humaine, à l’aide de tâches comportementales de discrimination de voix et d’instruments de musique. Les résultats ont démontré que les musiciens amateurs étaient meilleurs que les non-musiciens pour discriminer des timbres d’instruments de musique mais aussi les voix humaines, suggérant une généralisation des apprentissages perceptifs causés par la pratique musicale. La seconde étude avait pour but de comparer les potentiels évoqués auditifs liés aux chants d’oiseaux entre des ornithologues amateurs et des participants novices. L’observation d’une distribution topographique différente chez les ornithologues à la présentation des trois catégories sonores (voix, chants d’oiseaux, sons de l’environnement) a rendu les résultats difficiles à interpréter. Dans la troisième étude, il était question de préciser le rôle des aires temporales de la voix dans le traitement de catégories d’expertise chez deux groupes d’experts auditifs, soit des ornithologues amateurs et des luthiers. Les données comportementales ont démontré une interaction entre les deux groupes d’experts et leur catégorie d’expertise respective pour des tâches de discrimination et de mémorisation. Les résultats obtenus en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle ont démontré une interaction du même type dans le sillon temporal supérieur gauche et le gyrus cingulaire postérieur gauche. Ainsi, les aires de la voix sont impliquées dans le traitement de stimuli d’expertise dans deux groupes d’experts auditifs différents. Ce résultat suggère que la sélectivité à la voix humaine, telle que retrouvée dans les sillons temporaux supérieurs, pourrait être expliquée par une exposition prolongée à ces stimuli. Les données présentées démontrent plusieurs similitudes comportementales et anatomo-fonctionnelles entre le traitement de la voix et d’autres catégories d’expertise. Ces aspects communs sont explicables par une organisation à la fois fonctionnelle et économique du cerveau. Par conséquent, le traitement de la voix et d’autres catégories sonores se baserait sur les mêmes réseaux neuronaux, sauf en cas de traitement plus poussé. Cette interprétation s’avère particulièrement importante pour proposer une approche intégrative quant à la spécificité du traitement de la voix.

L'oeuvre d'art fictive dans le roman contemporain : immersion, intermédialité et interaction.

Ce mémoire s’intéresse à la présence des œuvres d’art fictives dans le roman contemporain. Leur description précise remet en question les codes de la représentation et soumet le lecteur à une autre forme d’expérience face à l’œuvre d’art. C’est à travers les concepts d’immersion, d’intermédialité et d’interaction que la fiction de l’œuvre d’art dans le texte sera ici abordée à travers trois différents romans, soit The Body Artist de Don DeLillo, La Carte et le territoire de Michel Houellebecq et Œuvres d’Édouard Levé. La transformation de l’expérience de lecture suggère un renouvellement de l’esthétique littéraire, accentuant l’importance de la participation du lecteur dans la démarche créatrice, et ouvrant les possibilités de la transmission de l’art contemporain. Les dispositifs propres au récit sont mis de l’avant pour intégrer le médium visuel, et ainsi questionner le rapport à l’attribution du sens de l’œuvre d’art, à son interprétation et à sa perception. Le présent mémoire tentera de proposer des possibilités pour l’art contemporain de se manifester à l’extérieur des institutions muséales traditionnelles, permettant ainsi de considérer l’immersion littéraire comme étant non seulement une expérience de lecture, mais aussi une approche face à l’art visuel.

Cholinergic enhancement of perceptual learning : behavioral, physiological, and neuro-pharmacological study in the rat primary visual cortex

Les cortices sensoriels sont des régions cérébrales essentielles pour la perception. En particulier, le cortex visuel traite l’information visuelle en provenance de la rétine qui transite par le thalamus. Les neurones sont les unités fonctionnelles qui transforment l'information sensorielle en signaux électriques, la transfèrent vers le cortex et l'intègrent. Les neurones du cortex visuel sont spécialisés et analysent différents aspects des stimuli visuels. La force des connections entre les neurones peut être modulée par la persistance de l'activité pré-synaptique et induit une augmentation ou une diminution du signal post-synaptique à long terme. Ces modifications de la connectivité synaptique peuvent induire la réorganisation de la carte corticale, c’est à dire la représentation de ce stimulus et la puissance de son traitement cortical. Cette réorganisation est connue sous le nom de plasticité corticale. Elle est particulièrement active durant la période de développement, mais elle s’observe aussi chez l’adulte, par exemple durant l’apprentissage. Le neurotransmetteur acétylcholine (ACh) est impliqué dans de nombreuses fonctions cognitives telles que l’apprentissage ou l’attention et il est important pour la plasticité corticale. En particulier, les récepteurs nicotiniques et muscariniques du sous-type M1 et M2 sont les récepteurs cholinergiques impliqués dans l’induction de la plasticité corticale. L’objectif principal de la présente thèse est de déterminer les mécanismes de plasticité corticale induits par la stimulation du système cholinergique au niveau du télencéphale basal et de définir les effets sur l’amélioration de la perception sensorielle. Afin d’induire la plasticité corticale, j’ai jumelé des stimulations visuelles à des injections intracorticales d’agoniste cholinergique (carbachol) ou à une stimulation du télencéphale basal (neurones cholinergiques qui innervent le cortex visuel primaire). J'ai analysé les potentiels évoqués visuels (PEVs) dans le cortex visuel primaire des rats pendant 4 à 8 heures après le couplage. Afin de préciser l’action de l’ACh sur l’activité des PEVs dans V1, j’ai injecté individuellement l’antagoniste des récepteurs muscariniques, nicotiniques, α7 ou NMDA avant l’infusion de carbachol. La stimulation du système cholinergique jumelée avec une stimulation visuelle augmente l’amplitude des PEVs durant plus de 8h. Le blocage des récepteurs muscarinique, nicotinique et NMDA abolit complètement cette amélioration, tandis que l’inhibition des récepteurs α7 a induit une augmentation instantanée des PEVs. Ces résultats suggèrent que l'ACh facilite à long terme la réponse aux stimuli visuels et que cette facilitation implique les récepteurs nicotiniques, muscariniques et une interaction avec les récepteur NMDA dans le cortex visuel. Ces mécanismes sont semblables à la potentiation à long-terme, évènement physiologique lié à l’apprentissage. L’étape suivante était d’évaluer si l’effet de l’amplification cholinergique de l’entrée de l’information visuelle résultait non seulement en une modification de l’activité corticale mais aussi de la perception visuelle. J’ai donc mesuré l’amélioration de l’acuité visuelle de rats adultes éveillés exposés durant 10 minutes par jour pendant deux semaines à un stimulus visuel de type «réseau sinusoïdal» couplé à une stimulation électrique du télencéphale basal. L’acuité visuelle a été mesurée avant et après le couplage des stimulations visuelle et cholinergique à l’aide d’une tâche de discrimination visuelle. L’acuité visuelle du rat pour le stimulus d’entrainement a été augmentée après la période d’entrainement. L’augmentation de l’acuité visuelle n’a pas été observée lorsque la stimulation visuelle seule ou celle du télencéphale basal seul, ni lorsque les fibres cholinergiques ont été lésées avant la stimulation visuelle. Une augmentation à long terme de la réactivité corticale du cortex visuel primaire des neurones pyramidaux et des interneurones GABAergiques a été montrée par l’immunoréactivité au c-Fos. Ainsi, lorsque couplé à un entrainement visuel, le système cholinergique améliore les performances visuelles pour l’orientation et ce probablement par l’optimisation du processus d’attention et de plasticité corticale dans l’aire V1. Afin d’étudier les mécanismes pharmacologiques impliqués dans l’amélioration de la perception visuelle, j’ai comparé les PEVs avant et après le couplage de la stimulation visuelle/cholinergique en présence d’agonistes/antagonistes sélectifs. Les injections intracorticales des différents agents pharmacologiques pendant le couplage ont montré que les récepteurs nicotiniques et M1 muscariniques amplifient la réponse corticale tandis que les récepteurs M2 muscariniques inhibent les neurones GABAergiques induisant un effet excitateur. L’infusion d’antagoniste du GABA corrobore l’hypothèse que le système inhibiteur est essentiel pour induire la plasticité corticale. Ces résultats démontrent que l’entrainement visuel jumelé avec la stimulation cholinergique améliore la plasticité corticale et qu’elle est contrôlée par les récepteurs nicotinique et muscariniques M1 et M2. Mes résultats suggèrent que le système cholinergique est un système neuromodulateur qui peut améliorer la perception sensorielle lors d’un apprentissage perceptuel. Les mécanismes d’amélioration perceptuelle induits par l’acétylcholine sont liés aux processus d’attention, de potentialisation à long-terme et de modulation de la balance d’influx excitateur/inhibiteur. En particulier, le couplage de l’activité cholinergique avec une stimulation visuelle augmente le ratio de signal / bruit et ainsi la détection de cibles. L’augmentation de la concentration cholinergique corticale potentialise l’afférence thalamocorticale, ce qui facilite le traitement d’un nouveau stimulus et diminue la signalisation cortico-corticale minimisant ainsi la modulation latérale. Ceci est contrôlé par différents sous-types de récepteurs cholinergiques situés sur les neurones GABAergiques ou glutamatergiques des différentes couches corticales. La présente thèse montre qu’une stimulation électrique dans le télencéphale basal a un effet similaire à l’infusion d’agoniste cholinergique et qu’un couplage de stimulations visuelle et cholinergique induit la plasticité corticale. Ce jumelage répété de stimulations visuelle/cholinergique augmente la capacité de discrimination visuelle et améliore la perception. Cette amélioration est corrélée à une amplification de l’activité neuronale démontrée par immunocytochimie du c-Fos. L’immunocytochimie montre aussi une différence entre l’activité des neurones glutamatergiques et GABAergiques dans les différentes couches corticales. L’injection pharmacologique pendant la stimulation visuelle/cholinergique suggère que les récepteurs nicotiniques, muscariniques M1 peuvent amplifier la réponse excitatrice tandis que les récepteurs M2 contrôlent l’activation GABAergique. Ainsi, le système cholinergique activé au cours du processus visuel induit des mécanismes de plasticité corticale et peut ainsi améliorer la capacité perceptive. De meilleures connaissances sur ces actions ouvrent la possibilité d’accélérer la restauration des fonctions visuelles lors d’un déficit ou d’amplifier la fonction cognitive.

Teaching an Old Robot New Tricks: Learning Novel Tasks via Interaction with People and Things

As AI has begun to reach out beyond its symbolic, objectivist roots into the embodied, experientialist realm, many projects are exploring different aspects of creating machines which interact with and respond to the world as humans do. Techniques for visual processing, object recognition, emotional response, gesture production and recognition, etc., are necessary components of a complete humanoid robot. However, most projects invariably concentrate on developing a few of these individual components, neglecting the issue of how all of these pieces would eventually fit together. The focus of the work in this dissertation is on creating a framework into which such specific competencies can be embedded, in a way that they can interact with each other and build layers of new functionality. To be of any practical value, such a framework must satisfy the real-world constraints of functioning in real-time with noisy sensors and actuators. The humanoid robot Cog provides an unapologetically adequate platform from which to take on such a challenge. This work makes three contributions to embodied AI. First, it offers a general-purpose architecture for developing behavior-based systems distributed over networks of PC's. Second, it provides a motor-control system that simulates several biological features which impact the development of motor behavior. Third, it develops a framework for a system which enables a robot to learn new behaviors via interacting with itself and the outside world. A few basic functional modules are built into this framework, enough to demonstrate the robot learning some very simple behaviors taught by a human trainer. A primary motivation for this project is the notion that it is practically impossible to build an "intelligent" machine unless it is designed partly to build itself. This work is a proof-of-concept of such an approach to integrating multiple perceptual and motor systems into a complete learning agent.