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.

Changes of ongoing activity in Cebus monkey perirhinal cortex correlate with behavioral performance

A Cebus apella monkey weighing 4 kg was trained in a saccadic eye movement task and while the animal performed the task we recorded the extracellular activity of perirhinal cortical neurons. Although the task was very simple and maintained at a constant level of difficulty, we observed considerable changes in the performance of the monkey within each experimental session. The behavioral states responsible for such variation may be related to arousal, motivation or attention of the animal while engaged in the task. In approximately 20% (16/82) of the units recorded, long-term direct or inverse correlations could be demonstrated between the monkey's behavioral state and the cells' ongoing activity (independent of the visual stimulation or of the specific behavior along a trial). The perirhinal cortex and other medial temporal structures have long been associated with normal memory function. The data presented here were interpreted in terms of recent reports focusing on the subcortical afferents to temporal lobe structures and their possible role in controlling arousal, motivation, or attention.

The roles of perirhinal cortex, postrhinal cortex, and the fornix in memory for objects, contexts, and events in the rat

Investigation of the anatomical substructure of the medial temporal lobe has revealed a number of highly interconnected areas, which has led some to propose that the region operates as a unitary memory system. However, here we outline the results of a number of studies from our laboratories, which investigate the contributions of the rat's perirhinal cortex and postrhinal cortex to memory, concentrating particularly on their respective roles in memory for objects. By contrasting patterns of impairment and spared abilities on a number of related tasks, we suggest that perirhinal cortex and postrhinal cortex make distinctive contributions to learning and memory: for example, that postrhinal cortex is important in learning about within-scene position and context. We also provide evidence that despite the strong connectivity between these cortical regions and the hippocampus, the hippocampus, as evidenced by lesions of the fornix, has a distinct function of its own-combining information about objects, positions, and contexts.

Probabilistic ictal EEG sources and temporal lobe epilepsy surgical outcome

Objective - For patients with medication refractory medial temporal lobe epilepsy (MTLE), surgery offers the hope of a cure. However, up to 30% of patients with MTLE continue to experience disabling seizures after surgery. The reasons why some patients do not achieve seizure freedom are poorly understood. A promising theory suggests that epileptogenic networks are broadly distributed in surgically refractory MTLE, involving regions beyond the medial temporal lobe. In this retrospective study, we aimed to investigate the distribution of epileptogenic networks in MTLE using Bayesian distributed EEG source analysis from preoperative ictal onset recordings. This analysis has the advantage of generating maps of source probability, which can be subjected to voxel-based statistical analyses.Methods - We compared 10 patients who achieved post-surgical seizure freedom with 10 patients who continued experiencing seizures after surgery. Voxel-based Wilcoxon tests were employed with correction for multiple comparisons.Results - We observed that ictal EEG source intensities were significantly more likely to occur in lateral temporal and posterior medial temporal regions in patients with continued seizures post-surgery.Conclusions - Our findings support the theory of broader spatial distribution of epileptogenic networks at seizure onset in patients with surgically refractory MTLE.

Differential effect of side of temporal lobe epilepsy on lateralization of hippocampal, temporolateral, and inferior frontal activation patterns during a verbal episodic memory task

The encoding of verbal stimuli elicits left-lateralized activation patterns within the medial temporal lobes in healthy adults. In our study, patients with left- and right-sided temporal lobe epilepsy (LTLE, RTLE) were investigated during the encoding and retrieval of word-pair associates using functional magnetic resonance imaging. Functional asymmetry of activation patterns in hippocampal, inferior frontal, and temporolateral neocortical areas associated with language functions was analyzed. Hippocampal activation patterns in patients with LTLE were more right-lateralized than those in patients with RTLE (P<0.05). There were no group differences with respect to lateralization in frontal or temporolateral regions of interest (ROIs). For both groups, frontal cortical activation patterns were significantly more left-lateralized than hippocampal patterns (P<0.05). For patients with LTLE, there was a strong trend toward a difference in functional asymmetry between the temporolateral and hippocampal ROIs (P=0.059). A graded effect of epileptic activity on laterality of the different regional activation patterns is discussed.

Contributions Of the Human Medial Prefrontal Cortex To Associative Recognition Memory: Evidence From Functional Neuroimaging

Neuroimaging studies of episodic memory, or memory of events from our personal past, have predominantly focused their attention on medial temporal lobe (MTL). There is growing acknowledgement however, from the cognitive neuroscience of memory literature, that regions outside the MTL can support episodic memory processes. The medial prefrontal cortex is one such region garnering increasing interest from researchers. Using behavioral and functional magnetic resonance imaging measures, over two studies, this thesis provides evidence of a mnemonic role of the medial PFC. In the first study, participants were scanned while judging the extent to which they agreed or disagreed with the sociopolitical views of unfamiliar individuals. Behavioral tests of associative recognition revealed that participants remembered with high confidence viewpoints previously linked with judgments of strong agreement/disagreement. Neurally, the medial PFC mediated the interaction between high-confidence associative recognition memory and beliefs associated with strong agree/disagree judgments. In an effort to generalize this finding to well-established associative information, in the second study, we investigated associative recognition memory for real-world concepts. Object-scene pairs congruent or incongruent with a preexisting schema were presented to participants in a cued-recall paradigm. Behavioral tests of conceptual and perceptual recognition revealed memory enhancements arising from strong resonance between presented pairs and preexisting schemas. Neurally, the medial PFC tracked increases in visual recall of schema-congruent pairs whereas the MTL tracked increases in visual recall of schema-incongruent pairs. Additionally, ventral areas of the medial PFC tracked conceptual components of visual recall specifically for schema-congruent pairs. These findings are consistent with a recent theoretical proposal of medial PFC contributions to memory for schema-related content. Collectively, these studies provide evidence of a role for the medial PFC in associative recognition memory persisting for associative information deployed in our daily social interactions and for those associations formed over multiple learning episodes. Additionally, this set of findings advance our understanding of the cognitive contributions of the medial PFC beyond its canonical role in processes underlying social cognition.

Pratiques parentales coercitives, anxiété et traitement de la peur chez les jeunes en bonne santé: corrélats neuronaux, biologiques, physiologiques et comportementaux

L’adversité tôt dans la vie est associée au développement de symptômes anxieux pouvant perdurer jusqu’à l’âge adulte (Casey et el, 2010, Pine 2003). Des études chez l’adulte suggèrent que ces liens pourraient être associés à des altérations du « circuit de la peur » qui inclut l’amygdale, l’hippocampe antérieur, l’insula et le cortex préfrontal (Marek, 2013, Etkin & Wager, 2007). Ceci a cependant peu été étudié chez les jeunes. L’objectif principal de cette thèse était de définir les corrélats comportementaux, physiologiques, biologiques et neuronaux du traitement de la peur chez les jeunes en bonne santé, en lien ou non avec un historique d’adversité -- sous la forme de pratiques parentales coercitives -- et d’anxiété. D’abord, puisque nous nous intéressions aux pratiques parentales coercitives chroniques, nous avons examiné leur évolution et facteurs de risque, en nous concentrant sur la période de 17 à 72 mois. Un total de 2045 dyades mère-enfant ont été incluses dans une analyse de courbe de croissance latente. Nous avons démontré que la coercition maternelle suit une évolution non linéaire durant cette période et atteint un sommet à 42 mois. Les facteurs de risque relatifs à l’enfant et à la mère, mesurés à 17 mois, permettent de prédire les niveaux de coercition à 42 mois. Finalement, les prédicteurs relatifs à l’enfant et l’efficacité maternelle prédisent l’évolution des pratiques parentales coercitives entre 17 et 72 mois. Ensuite, afin de définir une méthodologie solide pour étudier le traitement de la peur chez des jeunes, nous avons adapté une tâche développée par Lau et ses collaborateurs (2008), employant des visages féminins comme stimuli. Le sexe des participants et des visages employés comme stimuli pouvant potentiellement moduler le traitement de la peur (Kret & de Gelder, 2012; McClure, 2000), nous avons étudié leurs influences respectives sur les réponses électrodermales et subjectives de peur durant le conditionnement et l’extinction de la peur chez 117 jeunes. Nous avons démontré que les stimuli féminins suscitent des réponses davantage comparables entre les garçons et les filles que les stimuli masculins. De plus, nous avons observé un effet du « même sexe », caractérisé par un conditionnement différentiel uniquement face aux stimuli du même sexe que le participant. Finalement, nous avons exploré les différences individuelles et conjointes associées aux différents niveaux de pratiques parentales coercitives et d’anxiété en termes de réponses de peur et d’activité cérébrale, durant le conditionnement et l’extinction de la peur chez 84 jeunes. Nous avons démontré que la coercition est spécifiquement associée au fonctionnement du lobe temporal médian et aux interactions entre l’amygdale et l’insula, durant le conditionnement. Durant l’extinction, les niveaux d’anxiété étaient associés à des différences spécifiques d’activation du gyrus cingulaire antérieur (GCA) dorsal. Enfin, les pratiques parentales coercitives et l’anxiété interagissent et viennent moduler la connectivité fonctionnelle amygdale - GCA rostral, l’activation d’une sous-région du GCA dorsal et les réponses subjectives de peur. Ces résultats ajoutent une pièce au casse-tête des neurosciences développementales et fournissent des pistes intéressantes pour le développement d’interventions futures.

Étude comparative de la mémoire de source et des faux souvenirs dans la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson avec et sans démence

Dans les dernières années, les études sur les maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer (MA) et la maladie de Parkinson sans démence (MP) et avec démence (MPD) ont été nombreuses, mais la différenciation de ces patients sur la base de leur profil cognitif doit être encore améliorée. Effectivement, l’évaluation clinique peut s’avérer difficile en raison du peu de spécificité dans la présentation de leurs déficits neuropsychologiques. Ceci s’explique par la variabilité et le chevauchement des processus cliniques et pathologiques affectant essentiellement les mêmes régions/fonctions, soit celles liées aux lobes temporaux médians (LTM)/Mémoire (fonction LTM/Mémoire) et aux lobes frontaux (LF)/Fonctions exécutives (fonction LF/Exécutive). Toutefois, il existerait une distinction critique au niveau de l’intégrité relative de ces fonctions dans ces maladies neurodégénératives, ce qui permettrait d’identifier des déficits cognitifs spécifiques à la MA, la MP et la MPD. La présente thèse s’inscrit dans cette volonté de caractériser les profils cognitifs propres à la MA, la MP et la MPD, plus précisément par l’étude novatrice de la mémoire de source et des faux souvenirs. Les quatre chapitres qui composent cette thèse servent donc à documenter la nature de ces mécanismes mnésiques, leurs patrons de performance spécifiques dans la MA, la MP et la MPD, et leur sensibilité aux atteintes des fonctions LTM/Mémoire et LF/Exécutive. Ainsi, le Chapitre I démontre la pertinence d’étudier la mémoire de source et les faux souvenirs dans la MA, la MP et la MPD, en décrivant leurs interactions avec les fonctions LTM/Mémoire et LF/Exécutive, toutes les deux atteintes dans ces maladies. Le Chapitre II, présenté sous forme d’article, révèle des déficits en mémoire de source chez des patients MP, mais seulement dans l’une des tâches employées. Également, malgré des atteintes des fonctions LF/Exécutive et LTM/Mémoire, il est démontré que seule la fonction LTM/Mémoire est liée à l’altération de la mémoire de source chez les patients MP. Le Chapitre III, également sous forme d’article, illustre un taux anormal de faux souvenirs chez des patients MA, tandis que chez des patients MP et MPD, il est démontré qu’ils ont un taux de faux souvenirs comparable à celui des participants contrôles. Il est également rapporté que malgré l’atteinte de la fonction LF/Exécutive chez les patients MA, MP et MPD, elle est seulement liée à l’augmentation des faux souvenirs chez les patients MA. Finalement, dans le dernier Chapitre (IV), les résultats obtenus sont discutés dans leur ensemble à la lumière des prédictions et connaissances actuelles, tout en identifiant les limites afin d’orienter les perspectives de recherche.

Pratiques parentales coercitives, anxiété et traitement de la peur chez les jeunes en bonne santé: corrélats neuronaux, biologiques, physiologiques et comportementaux

L’adversité tôt dans la vie est associée au développement de symptômes anxieux pouvant perdurer jusqu’à l’âge adulte (Casey et el, 2010, Pine 2003). Des études chez l’adulte suggèrent que ces liens pourraient être associés à des altérations du « circuit de la peur » qui inclut l’amygdale, l’hippocampe antérieur, l’insula et le cortex préfrontal (Marek, 2013, Etkin & Wager, 2007). Ceci a cependant peu été étudié chez les jeunes. L’objectif principal de cette thèse était de définir les corrélats comportementaux, physiologiques, biologiques et neuronaux du traitement de la peur chez les jeunes en bonne santé, en lien ou non avec un historique d’adversité -- sous la forme de pratiques parentales coercitives -- et d’anxiété. D’abord, puisque nous nous intéressions aux pratiques parentales coercitives chroniques, nous avons examiné leur évolution et facteurs de risque, en nous concentrant sur la période de 17 à 72 mois. Un total de 2045 dyades mère-enfant ont été incluses dans une analyse de courbe de croissance latente. Nous avons démontré que la coercition maternelle suit une évolution non linéaire durant cette période et atteint un sommet à 42 mois. Les facteurs de risque relatifs à l’enfant et à la mère, mesurés à 17 mois, permettent de prédire les niveaux de coercition à 42 mois. Finalement, les prédicteurs relatifs à l’enfant et l’efficacité maternelle prédisent l’évolution des pratiques parentales coercitives entre 17 et 72 mois. Ensuite, afin de définir une méthodologie solide pour étudier le traitement de la peur chez des jeunes, nous avons adapté une tâche développée par Lau et ses collaborateurs (2008), employant des visages féminins comme stimuli. Le sexe des participants et des visages employés comme stimuli pouvant potentiellement moduler le traitement de la peur (Kret & de Gelder, 2012; McClure, 2000), nous avons étudié leurs influences respectives sur les réponses électrodermales et subjectives de peur durant le conditionnement et l’extinction de la peur chez 117 jeunes. Nous avons démontré que les stimuli féminins suscitent des réponses davantage comparables entre les garçons et les filles que les stimuli masculins. De plus, nous avons observé un effet du « même sexe », caractérisé par un conditionnement différentiel uniquement face aux stimuli du même sexe que le participant. Finalement, nous avons exploré les différences individuelles et conjointes associées aux différents niveaux de pratiques parentales coercitives et d’anxiété en termes de réponses de peur et d’activité cérébrale, durant le conditionnement et l’extinction de la peur chez 84 jeunes. Nous avons démontré que la coercition est spécifiquement associée au fonctionnement du lobe temporal médian et aux interactions entre l’amygdale et l’insula, durant le conditionnement. Durant l’extinction, les niveaux d’anxiété étaient associés à des différences spécifiques d’activation du gyrus cingulaire antérieur (GCA) dorsal. Enfin, les pratiques parentales coercitives et l’anxiété interagissent et viennent moduler la connectivité fonctionnelle amygdale - GCA rostral, l’activation d’une sous-région du GCA dorsal et les réponses subjectives de peur. Ces résultats ajoutent une pièce au casse-tête des neurosciences développementales et fournissent des pistes intéressantes pour le développement d’interventions futures.

Étude comparative de la mémoire de source et des faux souvenirs dans la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson avec et sans démence

Dans les dernières années, les études sur les maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer (MA) et la maladie de Parkinson sans démence (MP) et avec démence (MPD) ont été nombreuses, mais la différenciation de ces patients sur la base de leur profil cognitif doit être encore améliorée. Effectivement, l’évaluation clinique peut s’avérer difficile en raison du peu de spécificité dans la présentation de leurs déficits neuropsychologiques. Ceci s’explique par la variabilité et le chevauchement des processus cliniques et pathologiques affectant essentiellement les mêmes régions/fonctions, soit celles liées aux lobes temporaux médians (LTM)/Mémoire (fonction LTM/Mémoire) et aux lobes frontaux (LF)/Fonctions exécutives (fonction LF/Exécutive). Toutefois, il existerait une distinction critique au niveau de l’intégrité relative de ces fonctions dans ces maladies neurodégénératives, ce qui permettrait d’identifier des déficits cognitifs spécifiques à la MA, la MP et la MPD. La présente thèse s’inscrit dans cette volonté de caractériser les profils cognitifs propres à la MA, la MP et la MPD, plus précisément par l’étude novatrice de la mémoire de source et des faux souvenirs. Les quatre chapitres qui composent cette thèse servent donc à documenter la nature de ces mécanismes mnésiques, leurs patrons de performance spécifiques dans la MA, la MP et la MPD, et leur sensibilité aux atteintes des fonctions LTM/Mémoire et LF/Exécutive. Ainsi, le Chapitre I démontre la pertinence d’étudier la mémoire de source et les faux souvenirs dans la MA, la MP et la MPD, en décrivant leurs interactions avec les fonctions LTM/Mémoire et LF/Exécutive, toutes les deux atteintes dans ces maladies. Le Chapitre II, présenté sous forme d’article, révèle des déficits en mémoire de source chez des patients MP, mais seulement dans l’une des tâches employées. Également, malgré des atteintes des fonctions LF/Exécutive et LTM/Mémoire, il est démontré que seule la fonction LTM/Mémoire est liée à l’altération de la mémoire de source chez les patients MP. Le Chapitre III, également sous forme d’article, illustre un taux anormal de faux souvenirs chez des patients MA, tandis que chez des patients MP et MPD, il est démontré qu’ils ont un taux de faux souvenirs comparable à celui des participants contrôles. Il est également rapporté que malgré l’atteinte de la fonction LF/Exécutive chez les patients MA, MP et MPD, elle est seulement liée à l’augmentation des faux souvenirs chez les patients MA. Finalement, dans le dernier Chapitre (IV), les résultats obtenus sont discutés dans leur ensemble à la lumière des prédictions et connaissances actuelles, tout en identifiant les limites afin d’orienter les perspectives de recherche.

Relación entre atrofia cortical difusa y desempeño cognitivo : estudio en población mayor de 60 años en un hospital universitario en la ciudad de Bogotá

El presente trabajo tuvo como objetivo evaluar la existencia de la relación entre la atrofia cortical difusa objetivada por neuroimagenes cerebrales y desempeños cognitivos determinados mediante la aplicación de pruebas neuropsicológicas que evalúan memoria de trabajo, razonamiento simbólico verbal y memoria anterógrada declarativa. Participaron 114 sujetos reclutados en el Hospital Universitario Mayor Méderi de la ciudad de Bogotá mediante muestreo de conveniencia. Los resultados arrojaron diferencias significativas entre los dos grupos (pacientes con diagnóstico de atrofia cortical difusa y pacientes con neuroimagenes interpretadas como dentro de los límites normales) en todas las pruebas neuropsicológicas aplicadas. Respecto a las variables demográficas se pudo observar que el grado de escolaridad contribuye como factor neuroprotector de un posible deterioro cognitivo. Tales hallazgos son importantes para determinar protocoles tempranos de detección de posible instalación de enfermedades neurodegenerativas primarias.

Memory with emotional content, brain amygdala and Alzheimer`s disease

Objectives - A highly adaptive aspect of human memory is the enhancement of explicit, consciously accessible memory by emotional stimuli. We studied the performance of Alzheimer`s disease (AD) patients and elderly controls using a memory battery with emotional content, and we correlated these results with the amygdala and hippocampus volume. Methods - Twenty controls and 20 early AD patients were subjected to the International Affective Picture System (IAPS) and to magnetic resonance imaging-based volumetric measurements of the medial temporal lobe structures. Results - The results show that excluding control group subjects with 5 or more years of schooling, both groups showed improvement with pleasant or unpleasant figures for the IAPS in an immediate free recall test. Likewise, in a delayed free recall test, both the controls and the AD group showed improvement for pleasant pictures, when education factor was not controlled. The AD group showed improvement in the immediate and delayed free recall test proportional to the medial temporal lobe structures, with no significant clinical correlation between affective valence and amygdala volume. Conclusion - AD patients can correctly identify emotions, at least at this early stage, but this does not improve their memory performance.

Midazolam reduces the selective activation of the rhinal cortex by contextual fear stimuli

Independent brain circuits appear to underlie different forms of conditioned fear, depending on the type of conditioning used, such as a context or explicit cue paired with footshocks. Several clinical reports have associated damage to the medial temporal lobe (MTL) with retrograde amnesia. Although a number of studies have elucidated the neural circuits underlying conditioned fear, the involvement of MTL components in the aversive conditioning paradigm is still unclear. To address this issue, we assessed freezing responses and Fos protein expression in subregions of the rhinal cortex and ventral hippocampus of rats following exposure to a context, light or tone previously paired with footshock (Experiment 1). A comparable degree of freezing was observed in the three types of conditioned fear, but with distinct patterns of Fos distribution. The groups exposed to cued fear conditioning did not show changes in Fos expression, whereas the group subjected to contextual fear conditioning showed selective activation of the ectorhinal (Ect), perirhinal (Per), and entorhinal (Ent) cortices, with no changes in the ventral hippocampus. We then examined the effects of the benzodiazepine midazolam injected bilaterally into these three rhinal subregions in the expression of contextual fear conditioning (Experiment 2). Midazolam administration into the Ect, Per, and Ent reduced freezing responses. These findings suggest that contextual and explicit stimuli endowed with aversive properties through conditioning recruit distinct brain areas, and the rhinal cortex appears to be critical for storing context-, but not explicit cue-footshock, associations. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Special issue on methods and learning in functional MRI: Introductory remarks

This special issue represents a further exploration of some issues raised at a symposium entitled “Functional magnetic resonance imaging: From methods to madness” presented during the 15th annual Theoretical and Experimental Neuropsychology (TENNET XV) meeting in Montreal, Canada in June, 2004. The special issue’s theme is methods and learning in functional magnetic resonance imaging (fMRI), and it comprises 6 articles (3 reviews and 3 empirical studies). The first (Amaro and Barker) provides a beginners guide to fMRI and the BOLD effect (perhaps an alternative title might have been “fMRI for dummies”). While fMRI is now commonplace, there are still researchers who have yet to employ it as an experimental method and need some basic questions answered before they venture into new territory. This article should serve them well. A key issue of interest at the symposium was how fMRI could be used to elucidate cerebral mechanisms responsible for new learning. The next 4 articles address this directly, with the first (Little and Thulborn) an overview of data from fMRI studies of category-learning, and the second from the same laboratory (Little, Shin, Siscol, and Thulborn) an empirical investigation of changes in brain activity occurring across different stages of learning. While a role for medial temporal lobe (MTL) structures in episodic memory encoding has been acknowledged for some time, the different experimental tasks and stimuli employed across neuroimaging studies have not surprisingly produced conflicting data in terms of the precise subregion(s) involved. The next paper (Parsons, Haut, Lemieux, Moran, and Leach) addresses this by examining effects of stimulus modality during verbal memory encoding. Typically, BOLD fMRI studies of learning are conducted over short time scales, however, the fourth paper in this series (Olson, Rao, Moore, Wang, Detre, and Aguirre) describes an empirical investigation of learning occurring over a longer than usual period, achieving this by employing a relatively novel technique called perfusion fMRI. This technique shows considerable promise for future studies. The final article in this special issue (de Zubicaray) represents a departure from the more familiar cognitive neuroscience applications of fMRI, instead describing how neuroimaging studies might be conducted to both inform and constrain information processing models of cognition.

Age-related gray matter volume changes in the brain during non-elderly adulthood

Previous magnetic resonance imaging (MRI) studies described consistent age-related gray matter (GM) reductions in the fronto-parietal neocortex, insula and cerebellum in elderly subjects, but not as frequently in limbic/paralimbic structures. However, it is unclear whether such features are already present during earlier stages of adulthood, and if age-related GM changes may follow non-linear patterns at such age range. This voxel-based morphometry study investigated the relationship between GM volumes and age specifically during non-elderly life (18-50 years) in 89 healthy individuals (48 males and 41 females). Voxelwise analyses showed significant (p < 0.05, corrected) negative correlations in the right prefrontal cortex and left cerebellum, and positive correlations (indicating lack of GM loss) in the medial temporal region, cingulate gyrus, insula and temporal neocortex. Analyses using ROI masks showed that age-related dorsolateral prefrontal volume decrements followed non-linear patterns, and were less prominent in females compared to males at this age range. These findings further support for the notion of a heterogeneous and asynchronous pattern of age-related brain morphometric changes, with region-specific non-linear features. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.