Brain functional abnormality in schizo-affective disorder: an fMRI study.

Background.Schizo-affective disorder has not been studied to any significant extent using functional imaging. The aim of this study was to examine patterns of brain activation and deactivation in patients meeting strict diagnostic criteria for the disorder. METHOD: Thirty-two patients meeting research diagnostic criteria (RDC) for schizo-affective disorder (16 schizomanic and 16 schizodepressive) and 32 matched healthy controls underwent functional magnetic resonance imaging (fMRI) during performance of the n-back task. Linear models were used to obtain maps of activations and deactivations in the groups. RESULTS: Controls showed activation in a network of frontal and other areas and also deactivation in the medial frontal cortex, the precuneus and the parietal cortex. Schizo-affective patients activated significantly less in prefrontal, parietal and temporal regions than the controls, and also showed failure of deactivation in the medial frontal cortex. When task performance was controlled for, the reduced activation in the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) and the failure of deactivation of the medial frontal cortex remained significant. CONCLUSIONS: Schizo-affective disorder shows a similar pattern of reduced frontal activation to schizophrenia. The disorder is also characterized by failure of deactivation suggestive of default mode network dysfunction.

Brain functional abnormality in schizo-affective disorder: an fMRI study.

Background.Schizo-affective disorder has not been studied to any significant extent using functional imaging. The aim of this study was to examine patterns of brain activation and deactivation in patients meeting strict diagnostic criteria for the disorder. METHOD: Thirty-two patients meeting research diagnostic criteria (RDC) for schizo-affective disorder (16 schizomanic and 16 schizodepressive) and 32 matched healthy controls underwent functional magnetic resonance imaging (fMRI) during performance of the n-back task. Linear models were used to obtain maps of activations and deactivations in the groups. RESULTS: Controls showed activation in a network of frontal and other areas and also deactivation in the medial frontal cortex, the precuneus and the parietal cortex. Schizo-affective patients activated significantly less in prefrontal, parietal and temporal regions than the controls, and also showed failure of deactivation in the medial frontal cortex. When task performance was controlled for, the reduced activation in the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) and the failure of deactivation of the medial frontal cortex remained significant. CONCLUSIONS: Schizo-affective disorder shows a similar pattern of reduced frontal activation to schizophrenia. The disorder is also characterized by failure of deactivation suggestive of default mode network dysfunction.

Altered processing of contextual information during fear extinction in PTSD: an fMRI study.

Medial prefrontal cortical areas have been hypothesized to underlie altered contextual processing in posttraumatic stress disorder (PTSD). We investigated brain signaling of contextual information in this disorder. Eighteen PTSD subjects and 16 healthy trauma-exposed subjects underwent a two-day fear conditioning and extinction paradigm. On day 1, within visual context A, a conditioned stimulus (CS) was followed 60% of the time by an electric shock (conditioning). The conditioned response was then extinguished (extinction learning) in context B. On day 2, recall of the extinction memory was tested in context B. Skin conductance response (SCR) and functional magnetic resonance imaging (fMRI) data were collected during context presentations. There were no SCR group differences in any context presentation. Concerning fMRI data, during late conditioning, when context A signaled danger, PTSD subjects showed dorsal anterior cingulate cortical (dACC) hyperactivation. During early extinction, when context B had not yet fully acquired signal value for safety, PTSD subjects still showed dACC hyperactivation. During late extinction, when context B had come to signal safety, they showed ventromedial prefrontal cortex (vmPFC) hypoactivation. During early extinction recall, when context B signaled safety, they showed both vmPFC hypoactivation and dACC hyperactivation. These findings suggest that PTSD subjects show alterations in the processing of contextual information related to danger and safety. This impairment is manifest even prior to a physiologically-measured, cue-elicited fear response, and characterized by hypoactivation in vmPFC and hyperactivation in dACC.

Brain functional abnormality in schizo-affective disorder: an fMRI study.

Background.Schizo-affective disorder has not been studied to any significant extent using functional imaging. The aim of this study was to examine patterns of brain activation and deactivation in patients meeting strict diagnostic criteria for the disorder. METHOD: Thirty-two patients meeting research diagnostic criteria (RDC) for schizo-affective disorder (16 schizomanic and 16 schizodepressive) and 32 matched healthy controls underwent functional magnetic resonance imaging (fMRI) during performance of the n-back task. Linear models were used to obtain maps of activations and deactivations in the groups. RESULTS: Controls showed activation in a network of frontal and other areas and also deactivation in the medial frontal cortex, the precuneus and the parietal cortex. Schizo-affective patients activated significantly less in prefrontal, parietal and temporal regions than the controls, and also showed failure of deactivation in the medial frontal cortex. When task performance was controlled for, the reduced activation in the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) and the failure of deactivation of the medial frontal cortex remained significant. CONCLUSIONS: Schizo-affective disorder shows a similar pattern of reduced frontal activation to schizophrenia. The disorder is also characterized by failure of deactivation suggestive of default mode network dysfunction.

Glutathione deficit impairs myelin maturation: relevance for white matter integrity in schizophrenia patients.

Schizophrenia pathophysiology implies both abnormal redox control and dysconnectivity of the prefrontal cortex, partly related to oligodendrocyte and myelin impairments. As oligodendrocytes are highly vulnerable to altered redox state, we investigated the interplay between glutathione and myelin. In control subjects, multimodal brain imaging revealed a positive association between medial prefrontal glutathione levels and both white matter integrity and resting-state functional connectivity along the cingulum bundle. In early psychosis patients, only white matter integrity was correlated with glutathione levels. On the other side, in the prefrontal cortex of peripubertal mice with genetically impaired glutathione synthesis, mature oligodendrocyte numbers, as well as myelin markers, were decreased. At the molecular levels, under glutathione-deficit conditions induced by short hairpin RNA targeting the key glutathione synthesis enzyme, oligodendrocyte progenitors showed a decreased proliferation mediated by an upregulation of Fyn kinase activity, reversed by either the antioxidant N-acetylcysteine or Fyn kinase inhibitors. In addition, oligodendrocyte maturation was impaired. Interestingly, the regulation of Fyn mRNA and protein expression was also impaired in fibroblasts of patients deficient in glutathione synthesis. Thus, glutathione and redox regulation have a critical role in myelination processes and white matter maturation in the prefrontal cortex of rodent and human, a mechanism potentially disrupted in schizophrenia.

Intrahemispheric cortico-cortical connections of the human auditory cortex.

The human auditory cortex comprises the supratemporal plane and large parts of the temporal and parietal convexities. We have investigated the relevant intrahemispheric cortico-cortical connections using in vivo DSI tractography combined with landmark-based registration, automatic cortical parcellation and whole-brain structural connection matrices in 20 right-handed male subjects. On the supratemporal plane, the pattern of connectivity was related to the architectonically defined early-stage auditory areas. It revealed a three-tier architecture characterized by a cascade of connections from the primary auditory cortex to six adjacent non-primary areas and from there to the superior temporal gyrus. Graph theory-driven analysis confirmed the cascade-like connectivity pattern and demonstrated a strong degree of segregation and hierarchy within early-stage auditory areas. Putative higher-order areas on the temporal and parietal convexities had more widely spread local connectivity and long-range connections with the prefrontal cortex; analysis of optimal community structure revealed five distinct modules in each hemisphere. The pattern of temporo-parieto-frontal connectivity was partially asymmetrical. In conclusion, the human early-stage auditory cortical connectivity, as revealed by in vivo DSI tractography, has strong similarities with that of non-human primates. The modular architecture and hemispheric asymmetry in higher-order regions is compatible with segregated processing streams and lateralization of cognitive functions.

Cognitive anatomy of the temporal lobe: Effect of personality in population with mild cognitive impairment & Functional specialization for memory systems in healthy individuals.

Résumé: L'impact de la maladie d'Alzheimer (MA) est dévastateur pour la vie quotidienne de la personne affectée, avec perte progressive de la mémoire et d'autres facultés cognitives jusqu'à la démence. Il n'existe toujours pas de traitement contre cette maladie et il y a aussi une grande incertitude sur le diagnostic des premiers stades de la MA. La signature anatomique de la MA, en particulier l'atrophie du lobe temporal moyen (LTM) mesurée avec la neuroimagerie, peut être utilisée comme un biomarqueur précoce, in vivo, des premiers stades de la MA. Toutefois, malgré le rôle évident du LMT dans les processus de la mémoire, nous savons que les modèles anatomiques prédictifs de la MA basés seulement sur des mesures d'atrophie du LTM n'expliquent pas tous les cas cliniques. Au cours de ma thèse, j'ai conduit trois projets pour comprendre l'anatomie et le fonctionnement du LMT dans (1) les processus de la maladie et dans (2) les processus de mémoire ainsi que (3) ceux de l'apprentissage. Je me suis intéressée à une population avec déficit cognitif léger (« Mild Cognitive Impairment », MCI), à risque pour la MA. Le but du premier projet était de tester l'hypothèse que des facteurs, autres que ceux cognitifs, tels que les traits de personnalité peuvent expliquer les différences interindividuelles dans le LTM. De plus, la diversité phénotypique des manifestations précliniques de la MA provient aussi d'une connaissance limitée des processus de mémoire et d'apprentissage dans le cerveau sain. L'objectif du deuxième projet porte sur l'investigation des sous-régions du LTM, et plus particulièrement de leur contribution dans différentes composantes de la mémoire de reconnaissance chez le sujet sain. Pour étudier cela, j'ai utilisé une nouvelle méthode multivariée ainsi que l'IRM à haute résolution pour tester la contribution de ces sous-régions dans les processus de familiarité (« ou Know ») et de remémoration (ou « Recollection »). Finalement, l'objectif du troisième projet était de tester la contribution du LTM en tant que système de mémoire dans l'apprentissage et l'interaction dynamique entre différents systèmes de mémoire durant l'apprentissage. Les résultats du premier projet montrent que, en plus du déficit cognitif observé dans une population avec MCI, les traits de personnalité peuvent expliquer les différences interindividuelles du LTM ; notamment avec une plus grande contribution du neuroticisme liée à une vulnérabilité au stress et à la dépression. Mon étude a permis d'identifier un pattern d'anormalité anatomique dans le LTM associé à la personnalité avec des mesures de volume et de diffusion moyenne du tissu. Ce pattern est caractérisé par une asymétrie droite-gauche du LTM et un gradient antéro-postérieur dans le LTM. J'ai interprété ce résultat par des propriétés tissulaires et neurochimiques différemment sensibles au stress. Les résultats de mon deuxième projet ont contribué au débat actuel sur la contribution des sous-régions du LTM dans les processus de familiarité et de remémoration. Utilisant une nouvelle méthode multivariée, les résultats supportent premièrement une dissociation des sous-régions associées aux différentes composantes de la mémoire. L'hippocampe est le plus associé à la mémoire de type remémoration et le cortex parahippocampique, à la mémoire de type familiarité. Deuxièmement, l'activation correspondant à la trace mnésique pour chaque type de mémoire est caractérisée par une distribution spatiale distincte. La représentation neuronale spécifique, « sparse-distributed», associée à la mémoire de remémoration dans l'hippocampe serait la meilleure manière d'encoder rapidement des souvenirs détaillés sans interférer les souvenirs précédemment stockés. Dans mon troisième projet, j'ai mis en place une tâche d'apprentissage en IRM fonctionnelle pour étudier les processus d'apprentissage d'associations probabilistes basé sur le feedback/récompense. Cette étude m'a permis de mettre en évidence le rôle du LTM dans l'apprentissage et l'interaction entre différents systèmes de mémoire comme la mémoire procédurale, perceptuelle ou d'amorçage et la mémoire de travail. Nous avons trouvé des activations dans le LTM correspondant à un processus de mémoire épisodique; les ganglions de la base (GB), à la mémoire procédurale et la récompense; le cortex occipito-temporal (OT), à la mémoire de représentation perceptive ou l'amorçage et le cortex préfrontal, à la mémoire de travail. Nous avons également observé que ces régions peuvent interagir; le type de relation entre le LTM et les GB a été interprété comme une compétition, ce qui a déjà été reporté dans des études récentes. De plus, avec un modèle dynamique causal, j'ai démontré l'existence d'une connectivité effective entre des régions. Elle se caractérise par une influence causale de type « top-down » venant de régions corticales associées avec des processus de plus haut niveau venant du cortex préfrontal sur des régions corticales plus primaires comme le OT cortex. Cette influence diminue au cours du de l'apprentissage; cela pourrait correspondre à un mécanisme de diminution de l'erreur de prédiction. Mon interprétation est que cela est à l'origine de la connaissance sémantique. J'ai également montré que les choix du sujet et l'activation cérébrale associée sont influencés par les traits de personnalité et des états affectifs négatifs. Les résultats de cette thèse m'ont amenée à proposer (1) un modèle expliquant les mécanismes possibles liés à l'influence de la personnalité sur le LTM dans une population avec MCI, (2) une dissociation des sous-régions du LTM dans différents types de mémoire et une représentation neuronale spécifique à ces régions. Cela pourrait être une piste pour résoudre les débats actuels sur la mémoire de reconnaissance. Finalement, (3) le LTM est aussi un système de mémoire impliqué dans l'apprentissage et qui peut interagir avec les GB par une compétition. Nous avons aussi mis en évidence une interaction dynamique de type « top -down » et « bottom-up » entre le cortex préfrontal et le cortex OT. En conclusion, les résultats peuvent donner des indices afin de mieux comprendre certains dysfonctionnements de la mémoire liés à l'âge et la maladie d'Alzheimer ainsi qu'à améliorer le développement de traitement. Abstract: The impact of Alzheimer's disease is devastating for the daily life of the affected patients, with progressive loss of memory and other cognitive skills until dementia. We still lack disease modifying treatment and there is also a great amount of uncertainty regarding the accuracy of diagnostic classification in the early stages of AD. The anatomical signature of AD, in particular the medial temporal lobe (MTL) atrophy measured with neuroimaging, can be used as an early in vivo biomarker in early stages of AD. However, despite the evident role of MTL in memory, we know that the derived predictive anatomical model based only on measures of brain atrophy in MTL does not explain all clinical cases. Throughout my thesis, I have conducted three projects to understand the anatomy and the functioning of MTL on (1) disease's progression, (2) memory process and (3) learning process. I was interested in a population with mild cognitive impairment (MCI), at risk for AD. The objective of the first project was to test the hypothesis that factors, other than the cognitive ones, such as the personality traits, can explain inter-individual differences in the MTL. Moreover, the phenotypic diversity in the manifestations of preclinical AD arises also from the limited knowledge of memory and learning processes in healthy brain. The objective of the second project concerns the investigation of sub-regions of the MTL, and more particularly their contributions in the different components of recognition memory in healthy subjects. To study that, I have used a new multivariate method as well as MRI at high resolution to test the contribution of those sub-regions in the processes of familiarity and recollection. Finally, the objective of the third project was to test the contribution of the MTL as a memory system in learning and the dynamic interaction between memory systems during learning. The results of the first project show that, beyond cognitive state of impairment observed in the population with MCI, the personality traits can explain the inter-individual differences in the MTL; notably with a higher contribution of neuroticism linked to proneness to stress and depression. My study has allowed identifying a pattern of anatomical abnormality in the MTL related to personality with measures of volume and mean diffusion of the tissue. That pattern is characterized by right-left asymmetry in MTL and an anterior to posterior gradient within MTL. I have interpreted that result by tissue and neurochemical properties differently sensitive to stress. Results of my second project have contributed to the actual debate on the contribution of MTL sub-regions in the processes of familiarity and recollection. Using a new multivariate method, the results support firstly a dissociation of the subregions associated with different memory components. The hippocampus was mostly associated with recollection and the surrounding parahippocampal cortex, with familiarity type of memory. Secondly, the activation corresponding to the mensic trace for each type of memory is characterized by a distinct spatial distribution. The specific neuronal representation, "sparse-distributed", associated with recollection in the hippocampus would be the best way to rapidly encode detailed memories without overwriting previously stored memories. In the third project, I have created a learning task with functional MRI to sudy the processes of learning of probabilistic associations based on feedback/reward. That study allowed me to highlight the role of the MTL in learning and the interaction between different memory systems such as the procedural memory, the perceptual memory or priming and the working memory. We have found activations in the MTL corresponding to a process of episodic memory; the basal ganglia (BG), to a procedural memory and reward; the occipito-temporal (OT) cortex, to a perceptive memory or priming and the prefrontal cortex, to working memory. We have also observed that those regions can interact; the relation type between the MTL and the BG has been interpreted as a competition. In addition, with a dynamic causal model, I have demonstrated a "top-down" influence from cortical regions associated with high level cortical area such as the prefrontal cortex on lower level cortical regions such as the OT cortex. That influence decreases during learning; that could correspond to a mechanism linked to a diminution of prediction error. My interpretation is that this is at the origin of the semantic knowledge. I have also shown that the subject's choice and the associated brain activation are influenced by personality traits and negative affects. Overall results of this thesis have brought me to propose (1) a model explaining the possible mechanism linked to the influence of personality on the MTL in a population with MCI, (2) a dissociation of MTL sub-regions in different memory types and a neuronal representation specific to each region. This could be a cue to resolve the actual debates on recognition memory. Finally, (3) the MTL is also a system involved in learning and that can interact with the BG by a competition. We have also shown a dynamic interaction of « top -down » and « bottom-up » types between the pre-frontal cortex and the OT cortex. In conclusion, the results could give cues to better understand some memory dysfunctions in aging and Alzheimer's disease and to improve development of treatment.

Fast oscillatory activity in the anterior cingulate cortex: dopaminergic modulation and effect of perineuronal net loss.

Dopamine release in the prefrontal cortex plays a critical role in cognitive function such as working memory, attention and planning. Dopamine exerts complex modulation on excitability of pyramidal neurons and interneurons, and regulates excitatory and inhibitory synaptic transmission. Because of the complexity of this modulation, it is difficult to fully comprehend the effect of dopamine on neuronal network activity. In this study, we investigated the effect of dopamine on local high-frequency oscillatory neuronal activity (in β band) in slices of the mouse anterior cingulate cortex (ACC). We found that dopamine enhanced the power of these oscillations induced by kainate and carbachol, but did not affect their peak frequency. Activation of D2R and in a lesser degree D1R increased the oscillation power, while activation of D4R had no effect. These high-frequency oscillations in the ACC relied on both phasic inhibitory and excitatory transmission and functional gap junctions. Thus, dopamine released in the ACC promotes high-frequency synchronized local cortical activity which is known to favor information transfer, fast selection and binding of distributed neuronal responses. Finally, the power of these oscillations was significantly enhanced after degradation of the perineuronal nets (PNNs) enwrapping most parvalbumin interneurons. This study provides new insights for a better understanding of the abnormal prefrontal gamma activity in schizophrenia (SZ) patients who display prefrontal anomalies of both the dopaminergic system and the PNNs.

An fMRI Study of Emotional engagement in decicion-making

It has been suggested that decisionmaking depends on sensitive feelings associatedwith cognitive processing rather than cognitiveprocessing alone. From human lesions, we knowthe medial anterior inferior-ventral prefrontalcortex processes the sensitivity associated withcognitive processing, it being essentiallyresponsible for decision making.In this fMRI (functional Magnetic ResonanceImage) study 15 subjects were analyzed usingmoral dilemmas as probes to investigate the neuralbasis for painful-emotional sensitivity associatedwith decision making. We found that a networkcomprising the posterior and anterior cingulateand the medial anterior prefrontal cortex wassignificantly and specifically activated by painfulmoral dilemmas, but not by non-painful dilemmas.These findings provide new evidence that thecingulate and medial anterior prefrontal areinvolved in processing painful emotionalsensibility, in particular, when decision makingtakes place. We speculate that decision makinghas a cognitive component processed by cognitivebrain areas and a sensitivity component processedby emotional brain areas. The structures activatedsuggest that decision making depends on painfulemotional feeling processing rather than cognitiveprocessing when painful feeling processinghappens

A domain-general perspective on medial frontal brain activity during performance monitoring

Activity of the medial frontal cortex (MFC) has been implicated in attention regulation and performance monitoring. The MFC is thought to generate several event-related potential (ERPs) components, known as medial frontal negativities (MFNs), that are elicited when a behavioural response becomes difficult to control (e.g., following an error or shifting from a frequently executed response). The functional significance of MFNs has traditionally been interpreted in the context of the paradigm used to elicit a specific response, such as errors. In a series of studies, we consider the functional similarity of multiple MFC brain responses by designing novel performance monitoring tasks and exploiting advanced methods for electroencephalography (EEG) signal processing and robust estimation statistics for hypothesis testing. In study 1, we designed a response cueing task and used Independent Component Analysis (ICA) to show that the latent factors describing a MFN to stimuli that cued the potential need to inhibit a response on upcoming trials also accounted for medial frontal brain responses that occurred when individuals made a mistake or inhibited an incorrect response. It was also found that increases in theta occurred to each of these task events, and that the effects were evident at the group level and in single cases. In study 2, we replicated our method of classifying MFC activity to cues in our response task and showed again, using additional tasks, that error commission, response inhibition, and, to a lesser extent, the processing of performance feedback all elicited similar changes across MFNs and theta power. In the final study, we converted our response cueing paradigm into a saccade cueing task in order to examine the oscillatory dynamics of response preparation. We found that, compared to easy pro-saccades, successfully preparing a difficult anti-saccadic response was characterized by an increase in MFC theta and the suppression of posterior alpha power prior to executing the eye movement. These findings align with a large body of literature on performance monitoring and ERPs, and indicate that MFNs, along with their signature in theta power, reflects the general process of controlling attention and adapting behaviour without the need to induce error commission, the inhibition of responses, or the presentation of negative feedback.

An fMRI study of emotional episodic memory in schizophrenia : effects of diagnosis and sex

La schizophrénie est une psychopathologie largement hétérogène caractérisée entre autres par d’importantes défaillances dans le fonctionnement cognitif et émotionnel. En effet, par rapport à la population générale, forte proportion de ces individus présentent une mémoire déficitaire pour les événements émotionnels. À ce jour, le peu d’études qui se sont penchées sur la mémoire émotionnelle épisodique dans la schizophrénie, ont uniquement mis l’emphase sur l'effet de la valence des stimuli (c’est-à-dire le caractère agréable ou désagréable du stimulus). Toutefois, aucune n’a investigué spécifiquement l’intensité de la réaction aux stimuli (c’est-à-dire une faible par rapport à une forte réaction) malgré quantité de preuves faisant montre, dans la population générale, de différents processus de mémoire émotionnelle pour des stimuli suscitant une forte réaction par rapport à ceux évoquant une faible réponse. Ce manque est d’autant plus flagrant étant donné le nombre d’études ayant rapporté un traitement et un encodage atypiques des émotions spécifiquement au niveau de l’intensité de la réponse subjective chez des patients atteints de schizophrénie. Autre fait important, il est étonnant de constater l’absence de recherches sur les différences de sexe dans la mémoire émotionnelle étant donné l’ensemble des divergences entre hommes et femmes atteints de schizophrénie au niveau de la prévalence, de l’âge de diagnostic, de la manifestation clinique, de l’évolution de la maladie, de la réponse au traitement et des structures cérébrales. Pour pallier à ces lacunes, ce mémoire a évalué : (1) l’effet de la valence des stimuli et de l'intensité de la réaction émotionnelle au niveau des fonctions cérébrales correspondant à la mémoire émotionnelle chez des patients atteints de schizophrénie comparativement à des participants sains; et (2) les possibles différences de sexe dans les processus cérébraux impliqués dans la mémoire émotionnelle chez des patients atteints de schizophrénie par rapport à des volontaires sains. Ainsi, la première étude a comparé les activations cérébrales de patients atteints de schizophrénie par rapport à des participants sains au cours d’une tâche de mémoire émotionnelle dont les stimuli variaient à la fois au niveau de la valence et de l'intensité de la réaction subjective. 37 patients atteints de schizophrénie ainsi que 37 participants en bonne santé ont effectué cette tâche de mémoire émotionnelle lors d’une session d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Pour toutes les conditions étudiées (images négatives, positives, de faible et de forte intensité), le groupe atteint de schizophrénie a performé significativement moins bien que les volontaires sains. Comparativement aux sujets sains, ils ont montré moins d’activations cérébrales dans les régions limbiques et préfrontales lors de la reconnaissance des images négatives, mais ont présenté un patron d'activations similaire à celui des participants sains lors de la reconnaissance des images chargées positivement (activations observées dans le cervelet, le cortex temporal et préfrontal). Enfin, indépendamment de la valence des stimuli, les deux groupes ont démontré une augmentation des activations cérébrales pour les images de forte intensité par rapport à celles de plus faible intensité. La seconde étude a quant à elle exploré les différences de sexe potentielles au niveau des activations cérébrales associées à la mémoire émotionnelle dans la schizophrénie et dans la population en général. Nous avons comparé 41 patients atteints de schizophrénie (20 femmes) à 41 participants en bonne santé (19 femmes) alors qu’ils effectuaient la même tâche de mémoire émotionnelle mentionnée plus haut. Or, pour cette étude, nous nous sommes concentrés sur les conditions suivantes : la reconnaissance d’images positives, négatives et neutres. Nous n'avons pas observé de différences entre les hommes et les femmes au niveau des performances à la tâche de mémoire pour aucune des conditions. En ce qui a trait aux données de neuroimagerie, comparativement aux femmes en bonne santé, celles atteintes de schizophrénie ont montré une diminution des activations cérébrales dans les régions corticales du système limbique (p. ex. cortex cingulaire moyen) et dans les régions sous-corticales (p. ex. amygdale) lors de la reconnaissance d'images négatives. Pour ce qui est de la condition positive, elles ont présenté, comparativement au groupe de femmes saines, des diminutions d’activations spécifiquement dans le cervelet ainsi que dans le gyrus frontal inférieur et moyen. Les hommes atteints de schizophrénie, eux, ont montré une augmentation d’activations par rapport aux hommes sains dans le gyrus préfrontal médian lors de la reconnaissance des stimuli négatifs ; ainsi que dans les régions pariétales, temporales et limbiques lors de la reconnaissance des stimuli positifs. Dans un autre ordre d’idées, notre analyse corrélationnelle a mis en évidence, chez les femmes, un lien significatif entre l’activité cérébrale et les symptômes au cours de la mémoire des stimuli positifs, alors que chez les hommes atteints schizophrénie, ce lien a été observé au cours de la mémoire des stimuli négatifs. Bref, l’ensemble de nos résultats suggère, chez les patients atteints de schizophrénie, un fonctionnement cérébral atypique spécifiquement lors de la reconnaissance d’images négatives, mais un fonctionnement intact lors de la reconnaissance de stimuli positifs. De plus, nous avons mis en évidence la présence de différences de sexe dans les activations cérébrales associées à la mémoire épisodique émotionnelle soulignant ainsi l'importance d’étudier séparément les hommes et les femmes atteints de schizophrénie dans le cadre de recherches sur les plans cognitif et émotionnel.

Modulation de l'apprentissage visuel par stimulation électrique transcrânienne à courant direct du cortex préfrontal

Le traitement visuel répété d’un visage inconnu entraîne une suppression de l’activité neuronale dans les régions préférentielles aux visages du cortex occipito-temporal. Cette «suppression neuronale» (SN) est un mécanisme primitif hautement impliqué dans l’apprentissage de visages, pouvant être détecté par une réduction de l’amplitude de la composante N170, un potentiel relié à l’événement (PRE), au-dessus du cortex occipito-temporal. Le cortex préfrontal dorsolatéral (CPDL) influence le traitement et l’encodage visuel, mais sa contribution à la SN de la N170 demeure inconnue. Nous avons utilisé la stimulation électrique transcrânienne à courant direct (SETCD) pour moduler l’excitabilité corticale du CPDL de 14 adultes sains lors de l’apprentissage de visages inconnus. Trois conditions de stimulation étaient utilisées: inhibition à droite, excitation à droite et placebo. Pendant l’apprentissage, l’EEG était enregistré afin d’évaluer la SN de la P100, la N170 et la P300. Trois jours suivant l’apprentissage, une tâche de reconnaissance était administrée où les performances en pourcentage de bonnes réponses et temps de réaction (TR) étaient enregistrées. Les résultats indiquent que la condition d’excitation à droite a facilité la SN de la N170 et a augmentée l’amplitude de la P300, entraînant une reconnaissance des visages plus rapide à long-terme. À l’inverse, la condition d’inhibition à droite a causé une augmentation de l’amplitude de la N170 et des TR plus lents, sans affecter la P300. Ces résultats sont les premiers à démontrer que la modulation d’excitabilité du CPDL puisse influencer l’encodage visuel de visages inconnus, soulignant l’importance du CPDL dans les mécanismes d’apprentissage de base.

Étude du cortex prémoteur et préfrontal lors de la prise de décision pendant l'intégration temporelle des informations

Une variété de modèles sur le processus de prise de décision dans divers contextes présume que les sujets accumulent les évidences sensorielles, échantillonnent et intègrent constamment les signaux pour et contre des hypothèses alternatives. L'intégration continue jusqu'à ce que les évidences en faveur de l'une des hypothèses dépassent un seuil de critère de décision (niveau de preuve exigé pour prendre une décision). De nouveaux modèles suggèrent que ce processus de décision est plutôt dynamique; les différents paramètres peuvent varier entre les essais et même pendant l’essai plutôt que d’être un processus statique avec des paramètres qui ne changent qu’entre les blocs d’essais. Ce projet de doctorat a pour but de démontrer que les décisions concernant les mouvements d’atteinte impliquent un mécanisme d’accumulation temporelle des informations sensorielles menant à un seuil de décision. Pour ce faire, nous avons élaboré un paradigme de prise de décision basée sur un stimulus ambigu afin de voir si les neurones du cortex moteur primaire (M1), prémoteur dorsal (PMd) et préfrontal (DLPFc) démontrent des corrélats neuronaux de ce processus d’accumulation temporelle. Nous avons tout d’abord testé différentes versions de la tâche avec l’aide de sujets humains afin de développer une tâche où l’on observe le comportement idéal des sujets pour nous permettre de vérifier l’hypothèse de travail. Les données comportementales chez l’humain et les singes des temps de réaction et du pourcentage d'erreurs montrent une augmentation systématique avec l'augmentation de l'ambigüité du stimulus. Ces résultats sont cohérents avec les prédictions des modèles de diffusion, tel que confirmé par une modélisation computationnelle des données. Nous avons, par la suite, enregistré des cellules dans M1, PMd et DLPFc de 2 singes pendant qu'ils s'exécutaient à la tâche. Les neurones de M1 ne semblent pas être influencés par l'ambiguïté des stimuli mais déchargent plutôt en corrélation avec le mouvement exécuté. Les neurones du PMd codent la direction du mouvement choisi par les singes, assez rapidement après la présentation du stimulus. De plus, l’activation de plusieurs cellules du PMd est plus lente lorsque l'ambiguïté du stimulus augmente et prend plus de temps à signaler la direction de mouvement. L’activité des neurones du PMd reflète le choix de l’animal, peu importe si c’est une bonne réponse ou une erreur. Ceci supporte un rôle du PMd dans la prise de décision concernant les mouvements d’atteinte. Finalement, nous avons débuté des enregistrements dans le cortex préfrontal et les résultats présentés sont préliminaires. Les neurones du DLPFc semblent beaucoup plus influencés par les combinaisons des facteurs de couleur et de position spatiale que les neurones du PMd. Notre conclusion est que le cortex PMd est impliqué dans l'évaluation des évidences pour ou contre la position spatiale de différentes cibles potentielles mais assez indépendamment de la couleur de celles-ci. Le cortex DLPFc serait plutôt responsable du traitement des informations pour la combinaison de la couleur et de la position des cibles spatiales et du stimulus ambigu nécessaire pour faire le lien entre le stimulus ambigu et la cible correspondante.

An fMRI Study of Emotional engagement in decicion-making

It has been suggested that decision making depends on sensitive feelings associated with cognitive processing rather than cognitive processing alone. From human lesions, we know the medial anterior inferior-ventral prefrontal cortex processes the sensitivity associated with cognitive processing, it being essentially responsible for decision making. In this fMRI (functional Magnetic Resonance Image) study 15 subjects were analyzed using moral dilemmas as probes to investigate the neural basis for painful-emotional sensitivity associated with decision making. We found that a network comprising the posterior and anterior cingulate and the medial anterior prefrontal cortex was significantly and specifically activated by painful moral dilemmas, but not by non-painful dilemmas. These findings provide new evidence that the cingulate and medial anterior prefrontal are involved in processing painful emotional sensibility, in particular, when decision making takes place. We speculate that decision making has a cognitive component processed by cognitive brain areas and a sensitivity component processed by emotional brain areas. The structures activated suggest that decision making depends on painful emotional feeling processing rather than cognitive processing when painful feeling processing happens

Análisis del gen adra2a receptor alfa 2a adrenergico en pacientes con trastorno de hiperactividad y déficit de atención

El trastorno de hiperactividad y déficit de atención (THDA), es definido clínicamente como una alteración en el comportamiento, caracterizada por inatención, hiperactividad e impulsividad. Estos aspectos son clasificados en tres subtipos, que son: Inatento, hiperactivo impulsivo y mixto. Clínicamente se describe un espectro amplio que incluye desordenes académicos, trastornos de aprendizaje, déficit cognitivo, trastornos de conducta, personalidad antisocial, pobres relaciones interpersonales y aumento de la ansiedad, que pueden continuar hasta la adultez. A nivel global se ha estimado una prevalencia entre el 1% y el 22%, con amplias variaciones, dadas por la edad, procedencia y características sociales. En Colombia, se han realizado estudios en Bogotá y Antioquia, que han permitido establecer una prevalencia del 5% y 15%, respectivamente. La causa específica no ha sido totalmente esclarecida, sin embargo se ha calculado una heredabilidad cercana al 80% en algunas poblaciones, demostrando el papel fundamental de la genética en la etiología de la enfermedad. Los factores genéticos involucrados se relacionan con cambios neuroquímicos de los sistemas dopaminérgicos, serotoninérgicos y noradrenérgicos, particularmente en los sistemas frontales subcorticales, corteza cerebral prefrontal, en las regiones ventral, medial, dorsolateral y la porción anterior del cíngulo. Basados en los datos de estudios previos que sugieren una herencia poligénica multifactorial, se han realizado esfuerzos continuos en la búsqueda de genes candidatos, a través de diferentes estrategias. Particularmente los receptores Alfa 2 adrenérgicos, se encuentran en la corteza cerebral, cumpliendo funciones de asociación, memoria y es el sitio de acción de fármacos utilizados comúnmente en el tratamiento de este trastorno, siendo esta la principal evidencia de la asociación de este receptor con el desarrollo del THDA. Hasta la fecha se han descrito más de 80 polimorfismos en el gen (ADRA2A), algunos de los cuales se han asociado con la entidad. Sin embargo, los resultados son controversiales y varían según la metodología diagnóstica empleada y la población estudiada, antecedentes y comorbilidades. Este trabajo pretende establecer si las variaciones en la secuencia codificante del gen ADRA2A, podrían relacionarse con el fenotipo del Trastorno de Hiperactividad y el Déficit de Atención.