Neural substrates and functional connectivity associated with sleep-dependent and independent consolidation of new motor skills

La mémoire n’est pas un processus unitaire et est souvent divisée en deux catégories majeures: la mémoire déclarative (pour les faits) et procédurale (pour les habitudes et habiletés motrices). Pour perdurer, une trace mnésique doit passer par la consolidation, un processus par lequel elle devient plus robuste et moins susceptible à l’interférence. Le sommeil est connu comme jouant un rôle clé pour permettre le processus de consolidation, particulièrement pour la mémoire déclarative. Depuis plusieurs années cependant, son rôle est aussi reconnu pour la mémoire procédurale. Il est par contre intéressant de noter que ce ne sont pas tous les types de mémoire procédurale qui requiert le sommeil afin d’être consolidée. Entre autres, le sommeil semble nécessaire pour consolider un apprentissage de séquences motrices (s’apparentant à l’apprentissage du piano), mais pas un apprentissage d’adaptation visuomotrice (tel qu’apprendre à rouler à bicyclette). Parallèlement, l’apprentissage à long terme de ces deux types d’habiletés semble également sous-tendu par des circuits neuronaux distincts; c’est-à-dire un réseau cortico-striatal et cortico-cérébelleux respectivement. Toutefois, l’implication de ces réseaux dans le processus de consolidation comme tel demeure incertain. Le but de cette thèse est donc de mieux comprendre le rôle du sommeil, en contrôlant pour le simple passage du temps, dans la consolidation de ces deux types d’apprentissage, à l’aide de l’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle et d’analyses de connectivité cérébrale. Nos résultats comportementaux supportent l’idée que seul l’apprentissage séquentiel requiert le sommeil pour déclencher le processus de consolidation. Nous suggérons de plus que le putamen est fortement associé à ce processus. En revanche, les performances d’un apprentissage visuomoteur s’améliorent indépendamment du sommeil et sont de plus corrélées à une plus grande activation du cervelet. Finalement, en explorant l’effet du sommeil sur la connectivité cérébrale, nos résultats démontrent qu’en fait, un système cortico-striatal semble être plus intégré suite à la consolidation. C’est-à-dire que l’interaction au sein des régions du système est plus forte lorsque la consolidation a eu lieu, après une nuit de sommeil. En opposition, le simple passage du temps semble nuire à l’intégration de ce réseau cortico-striatal. En somme, nous avons pu élargir les connaissances quant au rôle du sommeil pour la mémoire procédurale, notamment en démontrant que ce ne sont pas tous les types d’apprentissages qui requièrent le sommeil pour amorcer le processus de consolidation. D’ailleurs, nous avons également démontré que cette dissociation de l’effet du sommeil est également reflétée par l’implication de deux réseaux cérébraux distincts. À savoir, un réseau cortico-striatal et un réseau cortico-cérébelleux pour la consolidation respective de l’apprentissage de séquence et d’adaptation visuomotrice. Enfin, nous suggérons que la consolidation durant le sommeil permet de protéger et favoriser une meilleure cohésion au sein du réseau cortico-striatal associé à notre tâche; un phénomène qui, s’il est retrouvé avec d’autres types d’apprentissage, pourrait être considéré comme un nouveau marqueur de la consolidation.

Changes in cortical and sub-cortical patterns of activity associated with aging during the performance of a lexical set-shifting task

Bien que le passage du temps altère le cerveau, la cognition ne suit pas nécessairement le même destin. En effet, il existe des mécanismes compensatoires qui permettent de préserver la cognition (réserve cognitive) malgré le vieillissement. Les personnes âgées peuvent utiliser de nouveaux circuits neuronaux (compensation neuronale) ou des circuits existants moins susceptibles aux effets du vieillissement (réserve neuronale) pour maintenir un haut niveau de performance cognitive. Toutefois, la façon dont ces mécanismes affectent l’activité corticale et striatale lors de tâches impliquant des changements de règles (set-shifting) et durant le traitement sémantique et phonologique n’a pas été extensivement explorée. Le but de cette thèse est d’explorer comment le vieillissement affecte les patrons d’activité cérébrale dans les processus exécutifs d’une part et dans l’utilisation de règles lexicales d’autre part. Pour cela nous avons utilisé l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) lors de la performance d’une tâche lexicale analogue à celle du Wisconsin. Cette tâche a été fortement liée à de l’activité fronto-stritale lors des changements de règles, ainsi qu’à la mobilisation de régions associées au traitement sémantique et phonologique lors de décisions sémantiques et phonologiques, respectivement. Par conséquent, nous avons comparé l’activité cérébrale de jeunes individus (18 à 35 ans) à celle d’individus âgés (55 à 75 ans) lors de l’exécution de cette tâche. Les deux groupes ont montré l’implication de boucles fronto-striatales associées à la planification et à l’exécution de changements de règle. Toutefois, alors que les jeunes semblaient activer une « boucle cognitive » (cortex préfrontal ventrolatéral, noyau caudé et thalamus) lorsqu’ils se voyaient indiquer qu’un changement de règle était requis, et une « boucle motrice » (cortex postérieur préfrontal et putamen) lorsqu’ils devaient effectuer le changement, les participants âgés montraient une activation des deux boucles lors de l’exécution des changements de règle seulement. Les jeunes adultes tendaient à présenter une augmentation de l’activité du cortex préfrontal ventrolatéral, du gyrus fusiforme, du lobe ventral temporale et du noyau caudé lors des décisions sémantiques, ainsi que de l’activité au niveau de l’aire de Broca postérieur, de la junction temporopariétale et du cortex moteur lors de décisions phonologiques. Les participants âgés ont montré de l’activité au niveau du cortex préfrontal latéral et moteur durant les deux types de décisions lexicales. De plus, lorsque les décisions sémantiques et phonologiques ont été comparées entre elles, les jeunes ont montré des différences significatives au niveau de plusieurs régions cérébrales, mais pas les âgés. En conclusion, notre première étude a montré, lors du set-shifting, un délai de l’activité cérébrale chez les personnes âgées. Cela nous a permis de conceptualiser l’Hypothèse Temporelle de Compensation (troisième manuscrit) qui consiste en l’existence d’un mécanisme compensatoire caractérisé par un délai d’activité cérébrale lié au vieillissement permettant de préserver la cognition au détriment de la vitesse d’exécution. En ce qui concerne les processus langagiers (deuxième étude), les circuits sémantiques et phonologiques semblent se fusionner dans un seul circuit chez les individus âgés, cela représente vraisemblablement des mécanismes de réserve et de compensation neuronales qui permettent de préserver les habilités langagières.

Systematic construction of models for the exchange hole of density functional theory.

Dans ce travail, nous étendons le nombre de conditions physiques actuellement con- nues du trou d’échange exact avec la dérivation de l’expansion de quatrième ordre du trou d’échange sphérique moyenne exacte. Nous comparons les expansions de deux- ième et de quatrième ordre avec le trou d’échange exact pour des systèmes atomiques et moléculaires. Nous avons constaté que, en général, l’expansion du quatrième ordre reproduit plus fidèlement le trou d’échange exact pour les petites valeurs de la distance interélectronique. Nous démontrons que les ensembles de base de type gaussiennes ont une influence significative sur les termes de cette nouvelle condition, en étudiant com- ment les oscillations causées par ces ensembles de bases affectent son premier terme. Aussi, nous proposons quatre modèles de trous d’échange analytiques auxquels nous imposons toutes les conditions actuellement connues du trou d’échange exact et la nou- velle présentée dans ce travail. Nous évaluons la performance des modèles en calculant des énergies d’échange et ses contributions à des énergies d’atomisation. On constate que les oscillations causeés par les bases de type gaussiennes peuvent compromettre la précision et la solution des modèles.

Performance of District Industries Centers in Kerala : An Application of augmented solow Model

This thesis "Entitled performance of district industries centres in kerala :An application of augmented solow model.The first chapter deals with evolution of approaches for promoting small scale production and the growth of small scale industries in india.the developing countries face the problems like sluggish growth capital shortages high levels of unemployment,enoromous rural-urban economic disparities regional inequalities increasing concentration of capital and chronic difficulities in the export sector.Review of literature and methodology of the study are presented in the second chapter. In the third chapter an attempt has been made to make an in-depth study of the emergence and growth of district of district industries centres.In the chapter four an attempt was made to study the organisational structure of DICs functions and responsibilities assigned to the functional managers and performance of the functionaries.

Performance of District Industries Centres in Kerala

This thesis "Entitled performance of district industries centres in kerala :An application of augmented solow model.The first chapter deals with evolution of approaches for promoting small scale production and the growth of small scale industries in india.the developing countries face the problems like sluggish growth capital shortages high levels of unemployment,enoromous rural-urban economic disparities regional inequalities increasing concentration of capital and chronic difficulities in the export sector.Review of literature and methodology of the study are presented in the second chapter. In the third chapter an attempt has been made to make an in-depth study of the emergence and growth of district of district industries centres.In the chapter four an attempt was made to study the organisational structure of DICs functions and responsibilities assigned to the functional managers and performance of the functionaries.

Extent and limitations of density functional theory in describing magnetic systems

The performance of density-functional theory to solve the exact, nonrelativistic, many-electron problem for magnetic systems has been explored in a new implementation imposing space and spin symmetry constraints, as in ab initio wave function theory. Calculations on selected systems representative of organic diradicals, molecular magnets and antiferromagnetic solids carried out with and without these constraints lead to contradictory results, which provide numerical illustration on this usually obviated problem. It is concluded that the present exchange-correlation functionals provide reasonable numerical results although for the wrong physical reasons, thus evidencing the need for continued search for more accurate expressions.

Surface structure and stability of PdZn and PtZn alloys: Density-functional slab model studies

Geometric parameters of binary (1:1) PdZn and PtZn alloys with CuAu-L10 structure were calculated with a density functional method. Based on the total energies, the alloys are predicted to feature equal formation energies. Calculated surface energies of PdZn and PtZn alloys show that (111) and (100) surfaces exposing stoichiometric layers are more stable than (001) and (110) surfaces comprising alternating Pd (Pt) and Zn layers. The surface energy values of alloys lie between the surface energies of the individual components, but they differ from their composition weighted averages. Compared with the pure metals, the valence d-band widths and the Pd or Pt partial densities of states at the Fermi level are dramatically reduced in PdZn and PtZn alloys. The local valence d-band density of states of Pd and Pt in the alloys resemble that of metallic Cu, suggesting that a similar catalytic performance of these systems can be related to this similarity in the local electronic structures.

Qualitätssicherung in der Physiotherapie: Evaluation von Performance-Tests

Hintergrund und Ziel: Ausgehend von einem Forschungsdefizit im Bereich von Performance-Tests, das von der Arbeitsgruppe um Bührlen et al. (2002) gekennzeichnet wurde, war es das Ziel der Arbeit einen Performance-Tests of lower limb activities (Polla) zu validieren. Methode: In einer Längsschnittstudie wurden die Ergebnisse einer sechswöchigen physiotherapeutischen Behandlung an einem 19-75jährigem orthopädisch-traumatologisch orientierten Patientenkollektiv (n=81) mit dem Polla und dem SF-36 Fragebogen erfasst. Ergebnisse: Die Ergebnisse machen eine gute Absicherung der Teststatistik deutlich. Bei ausgezeichneter Intrarater- (n=29) sowie guter Interrater-Reliabilität (n=32) weist die Konsistenzanalyse eine zufrieden stellende Zuverlässigkeit auf. Die Kriteriumsvalidität macht moderate Zusammenhänge zwischen dem Polla und den Dimensionen Schmerz, Körperliche Rollenfunktion und Körperliche Funktionsfähigkeit des SF-36 deutlich. Über die Standardized Response Mean zeigen die Instrumente eine große Änderungssensitivität, die nur für den Polla auch zum Follow-up (n=26) gilt. Schlussfolgerung: Der Polla ist ein kostenloses Testverfahren mit hoher praktischer Relevanz, wobei aus zeitökonomischen Gründen eine modifizierte Form des Polla mit nur zehn Items und einem gemessenen Test zu empfehlen ist.

Nuclear magnetic resonance chemical shifts with the statistical average of orbital-dependent model potentials in Kohn-Sham density functional theory

The performance of the SAOP potential for the calculation of NMR chemical shifts was evaluated. SAOP results show considerable improvement with respect to previous potentials, like VWN or BP86, at least for the carbon, nitrogen, oxygen, and fluorine chemical shifts. Furthermore, a few NMR calculations carried out on third period atoms (S, P, and Cl) improved when using the SAOP potential

A new all-round density functional based on spin states and SN2 barriers

We report here a new empirical density functional that is constructed based on the performance of OPBE and PBE for spin states and SN 2 reaction barriers and how these are affected by different regions of the reduced gradient expansion. In a previous study [Swart, Sol̀, and Bickelhaupt, J. Comput. Methods Sci. Eng. 9, 69 (2009)] we already reported how, by switching between OPBE and PBE, one could obtain both the good performance of OPBE for spin states and reaction barriers and that of PBE for weak interactions within one and the same (SSB-sw) functional. Here we fine tuned this functional and include a portion of the KT functional and Grimme's dispersion correction to account for π- π stacking. Our new SSB-D functional is found to be a clear improvement and functions very well for biological applications (hydrogen bonding, π -π stacking, spin-state splittings, accuracy of geometries, reaction barriers)

Prefrontal cortical-ventral striatal interactions involved in affective modulation of attentional performance: implications for corticostriatal circuit function

Anatomically segregated systems linking the frontal cortex and the striatum are involved in various aspects of cognitive, affective, and motor processing. In this study, we examined the effects of combined unilateral lesions of the medial prefrontal cortex (mPFC) and the core subregion of the nucleus accumbens (AcbC) in opposite hemispheres (disconnection) on a continuous performance, visual attention test [five-choice serial reaction-time task (5CSRTT)]. The disconnection lesion produced a set of specific changes in performance of the 5CSRTT, resembling changes that followed bilateral AcbC lesions while, in addition, comprising a subset of the behavioral changes after bilateral mPFC lesions previously reported using the same task. Specifically, both mPFC/AcbC disconnection and bilateral AcbC lesions markedly affected aspects of response control related to affective feedback, as indexed by perseverative responding in the 5CSRTT. These effects were comparable, although not identical, to those in animals with either bilateral AcbC or mPFC/AcbC disconnection lesions. The mPFC/AcbC disconnection resulted in a behavioral profile largely distinct from that produced by disconnection of a similar circuit described previously, between the mPFC and the dorsomedial striatum, which were shown to form a functional network underlying aspects of visual attention and attention to action. This distinction provides an insight into the functional specialization of corticostriatal circuits in similar behavioral contexts.

Plant species and functional group effects on abiotic and microbial soil properties and plant-soil feedback responses in two grasslands

1 Plant species differ in their capacity to influence soil organic matter, soil nutrient availability and the composition of soil microbial communities. Their influences on soil properties result in net positive or negative feedback effects, which influence plant performance and plant community composition. 2 For two grassland systems, one on a sandy soil in the Netherlands and one on a chalk soil in the United Kingdom, we investigated how individual plant species grown in monocultures changed abiotic and biotic soil conditions. Then, we determined feedback effects of these soils to plants of the same or different species. Feedback effects were analysed at the level of plant species and plant taxonomic groups (grasses vs. forbs). 3 In the sandy soils, plant species differed in their effects on soil chemical properties, in particular potassium levels, but PLFA (phospholipid fatty acid) signatures of the soil microbial community did not differ between plant species. The effects of soil chemical properties were even greater when grasses and forbs were compared, especially because potassium levels were lower in grass monocultures. 4 In the chalk soil, there were no effects of plant species on soil chemical properties, but PLFA profiles differed significantly between soils from different monocultures. PLFA profiles differed between species, rather than between grasses and forbs. 5 In the feedback experiment, all plant species in sandy soils grew less vigorously in soils conditioned by grasses than in soils conditioned by forbs. These effects correlated significantly with soil chemical properties. None of the seven plant species showed significant differences between performance in soil conditioned by the same vs. other plant species. 6 In the chalk soil, Sanguisorba minor and in particular Briza media performed best in soil collected from conspecifics, while Bromus erectus performed best in soil from heterospecifics. There was no distinctive pattern between soils collected from forb and grass monocultures, and plant performance could not be related to soil chemical properties or PLFA signatures. 7 Our study shows that mechanisms of plant-soil feedback can depend on plant species, plant taxonomic (or functional) groups and site-specific differences in abiotic and biotic soil properties. Understanding how plant species can influence their rhizosphere, and how other plant species respond to these changes, will greatly enhance our understanding of the functioning and stability of ecosystems.

Mixed Logit Model Performance and Distributional Assumptions: Preferences and GM foods

Using mixed logit models to analyse choice data is common but requires ex ante specification of the functional forms of preference distributions. We make the case for greater use of bounded functional forms and propose the use of the Marginal Likelihood, calculated using Bayesian techniques, as a single measure of model performance across non nested mixed logit specifications. Using this measure leads to very different rankings of model specifications compared to alternative rule of thumb measures. The approach is illustrated using data from a choice experiment regarding GM food types which provides insights regarding the recent WTO dispute between the EU and the US, Canada and Argentina and whether labelling and trade regimes should be based on the production process or product composition.

A hierarchical Bayesian model for predicting the functional consequences of amino-acid polymorphisms

Genetic polymorphisms in deoxyribonucleic acid coding regions may have a phenotypic effect on the carrier, e.g. by influencing susceptibility to disease. Detection of deleterious mutations via association studies is hampered by the large number of candidate sites; therefore methods are needed to narrow down the search to the most promising sites. For this, a possible approach is to use structural and sequence-based information of the encoded protein to predict whether a mutation at a particular site is likely to disrupt the functionality of the protein itself. We propose a hierarchical Bayesian multivariate adaptive regression spline (BMARS) model for supervised learning in this context and assess its predictive performance by using data from mutagenesis experiments on lac repressor and lysozyme proteins. In these experiments, about 12 amino-acid substitutions were performed at each native amino-acid position and the effect on protein functionality was assessed. The training data thus consist of repeated observations at each position, which the hierarchical framework is needed to account for. The model is trained on the lac repressor data and tested on the lysozyme mutations and vice versa. In particular, we show that the hierarchical BMARS model, by allowing for the clustered nature of the data, yields lower out-of-sample misclassification rates compared with both a BMARS and a frequen-tist MARS model, a support vector machine classifier and an optimally pruned classification tree.

Disorder-specific functional abnormalities during sustained attention in youth with Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) and with Autism

Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) and Autism Spectrum Disorder (ASD) are often comorbid and share behavioural-cognitive abnormalities in sustained attention. A key question is whether this shared cognitive phenotype is based on common or different underlying pathophysiologies. To elucidate this question, we compared 20 boys with ADHD to 20 age and IQ matched ASD and 20 healthy boys using functional magnetic resonance imaging (fMRI) during a parametrically modulated vigilance task with a progressively increasing load of sustained attention. ADHD and ASD boys had significantly reduced activation relative to controls in bilateral striato–thalamic regions, left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) and superior parietal cortex. Both groups also displayed significantly increased precuneus activation relative to controls. Precuneus was negatively correlated with the DLPFC activation, and progressively more deactivated with increasing attention load in controls, but not patients, suggesting problems with deactivation of a task-related default mode network in both disorders. However, left DLPFC underactivation was significantly more pronounced in ADHD relative to ASD boys, which furthermore was associated with sustained performance measures that were only impaired in ADHD patients. ASD boys, on the other hand, had disorder-specific enhanced cerebellar activation relative to both ADHD and control boys, presumably reflecting compensation. The findings show that ADHD and ASD boys have both shared and disorder-specific abnormalities in brain function during sustained attention. Shared deficits were in fronto–striato–parietal activation and default mode suppression. Differences were a more severe DLPFC dysfunction in ADHD and a disorder-specific fronto–striato–cerebellar dysregulation in ASD.