Exploring Parallels Between Molecular Changes Induced in PNS by Aging and Demyelinating Neuropathies

The peripheral nervous system (PNS) is involved in many age-dependent neurological deficits, including numbness, pain, restless legs, trouble with walking and balance that are commonly found in the elderly. These symptoms generally result from demyelination and/or loss of axonal integrity. However, the precise identity of age-regulated molecular changes in either neuronal or glial compartments of the nerve is unclear. Interestingly, these deficiencies are also present in inherited neuropathies, where the expressivity of the rapid and early onset phenotypes is undeniably more severe than in normal aging. Nevertheless, especially the molecular changes underlying loss of axonal integrity in neuropathy condition are also poorly understood. To unravel molecular mechanisms affected by PNS aging, we used wildtype mice at 17 time-points from day of birth until senescence (28 months-old). For the neuropathy study, we focused on 56 day-old Schwann cell-specific neuropathy-inducing mutants, MPZCre/1/ LpinfE2-3/fE2-3 and MPZCre/1/ScapfE1/fE1 mice, that have, at this age, already developed neuropathic symptoms. Transcriptomes of dissected Schwann cell-containing endoneurium or sensory neuron-containing dorsal root ganglia have been analyzed throughout time or genotypes, using Illumina Bead Chips. Following data validation, we identified groups of differentially expressed genes in the development, aging and in the neuropathic mutants, in both glial and neuronal compartments. We detected substantial differences in the dynamics of changes in gene expression during development and aging between these two compartments. Furthermore, considering the above-mentioned phenotypic similarities, we integrated aging and mutant data. Interestingly, we observed that there are some parallels at the molecular level between processes involved in aging, which leads to less severe and more progressive PNS alterations, and in the rapid onset peripheral neuropathies. Apart from helping the understanding of molecular alterations underlying age-related PNS phenotypes, this data should also contribute to the identification of pathways that could be used as targets for therapeutical approaches to prevent complications associated with both aging and inherited forms of neuropathies.

Differential damage in the frontal cortex with aging, sporadic and familial Alzheimer's disease.

In order to understand relationships between executive and structural deficits in the frontal cortex of patients within normal aging or Alzheimer's disease, we studied frontal pathological changes in young and old controls compared to cases with sporadic (AD) or familial Alzheimer's disease (FAD). We performed a semi-automatic computer assisted analysis of the distribution of beta-amyloid (Abeta) deposits revealed by Abeta immunostaining as well as of neurofibrillary tangles (NFT) revealed by Gallyas silver staining in Brodman areas 10 (frontal polar), 12 (ventro-infero-median) and 24 (anterior cingular), using tissue samples from 5 FAD, 6 sporadic AD and 10 control brains. We also performed densitometric measurements of glial fibrillary acidic protein, principal compound of intermediate filaments of astrocytes, and of phosphorylated neurofilament H and M epitopes in areas 10 and 24. All regions studied seem almost completely spared in normal old controls, with only the oldest ones exhibiting a weak percentage of beta-amyloid deposit and hardly any NFT. On the contrary, all AD and FAD cases were severely damaged as shown by statistically significant increased percentages of beta-amyloid deposit, as well as by a high number of NFT. FAD cases (all from the same family) had statistically more beta-amyloid and GFAP than sporadic AD cases in both areas 10 and 24 and statistically more NFT only in area 24. The correlation between the percentage of beta-amyloid and the number of NFT was significant only for area 24. Altogether, these data suggest that the frontal cortex can be spared by AD type lesions in normal aging, but is severely damaged in sporadic and still more in familial Alzheimer's disease. The frontal regions appear to be differentially vulnerable, with area 12 having the less amyloid burden, area 24 the less NFT and area 10 having both more amyloid and more NFT. This pattern of damage in frontal regions may represent a strong neuroanatomical support for the deterioration of attention and cognitive capacities as well as for the presence of emotional and behavioral troubles in AD patients.

Sleep, metabolism and aging

Aging is a multidimensional process of physical, psychological, and social changes. Understanding how we sleep and how this dynamic process evolves across life span will help to identify normal developmental aspects of sleep over time and to create strategies to increase awareness of sleep disturbances and their early management. In normal sleepers from HypnoLaus cohort, we evaluated the effects of age and gender on both subjective and objective sleep measurements. Our results indicate that normal aging is not accompanied by sleep complaints, and when they exist suggest the presence of underlying comorbidities. Polysomnographic data revealed that slow wave sleep was more affected with age in men, and age affected differently NREM and REM spectral power densities. Both sleep structure and spectral analysis profiles may constitute standards to delineate pathological changes in sleep, both for aging women and men. Another important aspect in the management of sleep and its disorders is a detailed characterization of sleep-inducing medications. Gamma-hydroxybutyrate (GHB) is an inhibitory neurotransmitter derivative of GABA, but its mode of action and the range of effects are not well understood. Several properties, as growth hormone stimulation in humans and the development of weight loss in treated patients suggest an unexplored metabolic effect. In different experiments we assessed the effects of acute, short term and chronic GHB administration on central (cerebral cortex) and peripheral (liver) biochemical processes involved in the metabolism of the drug, as well as the effects of the drug on metabolism in C57BL/6J, GABAB knock-out and obese (ob/ob) mice. We showed that GHB treatment affects weight gain in C57BL/6J and GABAB knock-out mice. Metabolomic analysis indicated large central and peripheral metabolic changes induced by GHB with important relevance to its therapeutic use. -- Le vieillissement est un processus multidimensionnel accompagné par de multiples changements dans les domaines physique, psychologique et social. Comprendre comment nous dormons et comment ce processus dynamique évolue sur la durée de vie nous aidera à identifier les aspects normaux du développement du sommeil au fil du temps, et à créer des stratégies pour accroître la connaissance et compréhension des troubles du sommeil et leur prise en charge précoce. Chez les sujets normaux de la cohorte HypnoLaus nous avons évalué les effets de l'âge et du sexe sur les mesures subjectives et objectives du sommeil. Nos résultats indiquent que le vieillissement normal ne s'accompagne pas de troubles du sommeil, et quand ils existent ceux-ci suggèrent la présence de comorbidités sous-jacentes. Les données polysomnographiques ont révélé que le sommeil profond était plus affecté avec l'âge chez les hommes. De plus, nous avons montré comment l'âge modifie la composition spectrale du sommeil lent et paradoxal. La structure du sommeil et les profils d'analyse spectrale peuvent donc constituer des standards permettant de définir les changements pathologiques du sommeil chez les personnes âgées. Parmi les aspects importants de la gestion du sommeil et de ses troubles, la caractérisation détaillée des médicaments hypnotiques utilisés est essentielle. L'acide gamma-hydroxybutyrique (GHB) est un acide gras à courte chaîne dérivé du GABA, principal neurotransmetteur inhibiteur du cerveau, mais son mode d'action et tous ses effets sont toujours largement méconnus. Plusieurs propriétés, comme la stimulation de la sécrétion de l'hormone de croissance chez l'homme et le développement d'une perte de poids chez les patients traités suggèrent un effet métabolique inexploré. Dans différentes expériences, nous avons évalué les effets d'une exposition aiguë, à court terme et chronique de GHB sur les processus biochimiques centraux (cortex cérébral) et périphériques (foie) impliqués dans le métabolisme du médicament. Nous avons aussi évalué les effets du médicament sur le métabolisme des souris C57BL/6J, GABAB KO et obèses (ob/ob). Nos résultats ont montré que le GHB diminue le gain de poids chez les souris C57BL/6J et GABAB KO. L'analyse métabolomique a indiqué des changements importants induits par GHB au niveau central et périphérique, et ces effets sont importants pour son utilisation thérapeutique.

Impact of brain aging and neurodegeneration on cognition: evidence from MRI.

PURPOSE OF REVIEW: We present an overview of recent concepts in mechanisms underlying cognitive decline associated with brain aging and neurodegeneration from the perspective of MRI. RECENT FINDINGS: Recent findings challenge the established link between neuroimaging biomarkers of neurodegeneration and age-related or disease-related cognitive decline. Amyloid burden, white matter hyperintensities and local patterns of brain atrophy seem to have differential impact on cognition, particularly on episodic and working memory - the most vulnerable domains in 'normal aging' and Alzheimer's disease. Studies suggesting that imaging biomarkers of neurodegeneration are independent of amyloid-β give rise to new hypothesis regarding the pathological cascade in Alzheimer's disease. Findings in patients with autosomal-dominant Alzheimer's disease confirm the notion of differential temporal trajectory of amyloid deposition and brain atrophy to add another layer of complexity on the basic mechanisms of cognitive aging and neurodegeneration. Finally, the concept of cognitive reserve in 'supernormal aging' is questioned by evidence for the preservation of neurochemical, structural and functional brain integrity in old age rather than recruitment of 'reserves' for maintaining cognitive abilities. SUMMARY: Recent advances in clinical neuroscience, brain imaging and genetics challenge pathophysiological hypothesis of neurodegeneration and cognitive aging dominating the field in the last decade and call for reconsidering the choice of therapeutic window for early intervention.

Gender-dependent effects of aging on the kidney

It is well known that the kidney plays an important role in the development of cardiovascular diseases such as hypertension. The normal aging process leads to changes in kidney morphology, hemodynamics and function, which increase the incidence of cardiovascular events in the elderly population. These disturbances are influenced by several factors, including gender. In general, females are protected by the effects of estrogens on the cardiorenal system. Several studies have demonstrated the beneficial effects of estrogens on renal function in the elderly; however, the relationships between androgens and kidney health during one’s lifetime are not well understood. Sex steroids have many complex actions, and the decline in their levels during aging clearly influences kidney function, decreases the renal reserve and facilitates the development of cardiovascular disorders. Therefore, in this review, we discuss the cellular, biochemical, and molecular mechanisms by which sex hormones may influence renal function during the aging process.

Differential effects of aging on spatial contrast sensitivity to linear and polar sine-wave gratings

Changes in visual function beyond high-contrast acuity are known to take place during normal aging. We determined whether sensitivity to linear sine-wave gratings and to an elementary stimulus preferentially processed in extrastriate areas could be distinctively affected by aging. We measured spatial contrast sensitivity twice for concentric polar (Bessel) and vertical linear gratings of 0.6, 2.5, 5, and 20 cycles per degree (cpd) in two age groups (20-30 and 60-70 years). All participants were free of identifiable ocular disease and had normal or corrected-to-normal visual acuity. Participants were more sensitive to Cartesian than to polar gratings in all frequencies tested, and the younger adult group was more sensitive to all stimuli tested. Significant differences between sensitivities of the two groups were found for linear (only 20 cpd; P<0.01) and polar gratings (all frequencies tested; P<0.01). The young adult group was significantly more sensitive to linear than to circular gratings in the 20 cpd frequency. The older adult group was significantly more sensitive to linear than to circular gratings in all spatial frequencies, except in the 20 cpd frequency. The results suggest that sensitivity to the two kinds of stimuli is affected differently by aging. We suggest that neural changes in the aging brain are important determinants of this difference and discuss the results according to current models of human aging.

Reconnaissance mnésique dans le vieillissement normal, le trouble cognitif léger et la maladie d’Alzheimer : impact du matériel et caractérisation des processus impliqués

Résumé: L’objectif général de la thèse était de caractériser les déficits de reconnaissance mnésique dans la maladie d’Alzheimer et le trouble cognitif léger. La thèse comprend trois articles. Le premier article propose une recension des écrits portant sur les déficits cognitifs dans le trouble cognitif léger, alors que les deux articles suivants rapportent les résultats d’études expérimentales portant sur la reconnaissance. Le but de la première étude empirique était d’évaluer l’impact du type de matériel sur la reconnaissance à long terme et la reconnaissance à court terme dans la maladie d’Alzheimer en comparant l’atteinte pour des stimuli verbaux et musicaux. Nos analyses de groupe ont révélé que les atteintes des personnes avec maladie d’Alzheimer s’étendaient à toutes les épreuves et que les déficits étaient d’une ampleur comparable en reconnaissance musicale et verbale. Les analyses corrélationnelles appuient, bien que partiellement, une certaine spécificité d’atteintes par domaine, particulièrement en reconnaissance à long terme, mais suggèrent également que les deux domaines puissent partager certains mécanismes. L’objectif de la seconde étude était de caractériser les processus utilisés en reconnaissance dans le vieillissement normal et le trouble cognitif léger en fonction de la nouveauté et du type de matériel. L’étude évaluait la recollection et la familiarité à l’aide de la méthode remember/know. Les tâches étaient composées d’items connus et d’items nouveaux faisant partie du domaine verbal ou du domaine musical. Les résultats ont révélé que la recollection était atteinte dans le vieillissement normal et le trouble cognitif léger, mais uniquement pour la reconnaissance de stimuli connus, ce qui est compatible avec le fait que les deux groupes ont de la difficulté à encoder l’information de façon élaborée. D’autre part, la familiarité était compromise dans le vieillissement normal, sans impact additionnel du trouble cognitif léger, et seulement pour la reconnaissance de stimuli inconnus. Cette atteinte peut être associée aux difficultés des aînés dans les tâches d’amorçage perceptif impliquant des items inconnus. Les résultats découlant de ces études s’avèrent pertinents dans une perspective clinique, en plus de pouvoir contribuer à certaines questions d’ordre théorique.

La plasticité cérébrale dans le vieillissement normal : effet de l’éducation formelle et de l’entraînement cognitif sur les mesures de potentiels évoqués

Le vieillissement normal est souvent associé à des changements cognitifs négatifs, notamment sur les performances cognitives. Cependant, des changements comportementaux et cérébraux positifs ont aussi été observés. Ces modifications indiquent l’existence d’une plasticité cérébrale dans le vieillissement normal. Ainsi, plusieurs facteurs ont été étudiés afin de mieux connaitre les modulateurs de cette plasticité dite positive. La plupart des études évaluant ce phénomène ont utilisé la technique d’imagerie par résonance magnétique alors que la technique des potentiels évoqués a été beaucoup moins utilisée. Cette technique est basée sur les enregistrements de l’activité électrique cérébrale très sensible aux changements anatomiques associés au vieillissement et permet donc d’observer de manière précise les variations du décours temporel des ondes éléctrophysiologiques lors du traitement des informations. Les travaux de cette thèse visent à étudier les modifications de plasticité cérébrale induites par des facteurs protecteurs/préventifs du vieillissement normal et notamment lors de la réalisation de tâches impliquant le contrôle attentionnel, grâce à l’analyse de signaux électroencéphalographiques en potentiels évoqués. Dans un premier temps, une description de l’analyse des données EEG en potentiels évoqués sera fournie, suivie d’une revue de littérature sur le contrôle attentionnel et les facteurs de plasticité dans le vieillissement normal (Chapitre 1). Cette revue de littérature mettra en avant, d’une part la diminution des capacités de contrôle de l’attention dans le vieillissement et d’autre part, les facteurs protecteurs du vieillissement ainsi que la plasticité cérébrale qui leur est associée. Ces facteurs sont connus pour avoir un effet positif sur le déficit lié à l’âge. La première étude de ce projet (Chapitre 2) vise à définir l’effet d’un facteur de réserve cognitive, le niveau d’éducation, sur les composantes des potentiels évoqués chez les personnes âgées. Cette étude mettra en avant une composante des potentiels évoqués, la P200, comme indice de plasticité lorsqu’elle est liée au niveau d’éducation. Cet effet sera observé sur deux tâches expérimentales faisant intervenir des processus de contrôle attentionnel. De plus, une différence d’épaisseur corticale sera observée : les personnes âgées ayant un plus haut niveau d’éducation ont un cortex cingulaire antérieur plus épais. La deuxième étude (Chapitre 3) cherche à déterminer, chez les personnes âgées, les modifications comportementales et en potentiels évoqués induites par trois entraînements cognitifs, entrainements visant l’amélioration de processus attentionnels différents : l’attention focalisée, l’attention divisée, ainsi que la modulation de l’attention. Au niveau comportemental, les entraînements induisent tous une amélioration des performances. Cependant, l’entraînement en modulation de l’attention est le seul à induire une amélioration du contrôle attentionnel. Les résultats éléctrophysiologiques indiquent la N200 comme composante sensible à la plasticité cérébrale à la suite d’entraînements cognitifs. L’entraînement en modulation de l’attention est le seul à induire une modification de cette composante dans toutes les conditions des tests. Les résultats de ces études suggèrent que les facteurs protecteurs du vieillissement permettent des changements positifs observés en potentiels évoqués. En effet, nous mettons en évidence des phénomènes de plasticité cérébrale des personnes âgées qui diffèrent selon leurs origines. L’impact de ces résultats ainsi que les limites et perspectives futures seront présentés en fin de thèse (Chapitre 4).

Dynamique cérébrale et réserve cognitive en situation d’attention sélective dans le vieillissement normal et les troubles de la cognition : approche neurofonctionnelle

Réalisée en cotutelle avec l'Unité de Formation à la Recherche Lettres Arts et Sciences Humaines - Université Nice-Sophia Antipolis.

Substrats neuronaux de la mémoire épisodique et de la mémoire de travail dans le vieillissement normal et pathologique

La maladie d’Alzheimer (MA) est de loin le type de démence le plus répandu chez les personnes âgées. Il est maintenant possible de proposer un certain nombre d’interventions ou de stratégies préventives aux personnes portant un diagnostic de MA ou à risque de développer la maladie. Il est donc important de diagnostiquer cette maladie le plus tôt possible. Les personnes avec un trouble cognitif léger (TCL) représentent une population d’intérêt puisqu’elles sont à haut risque d’évoluer vers une démence et plusieurs d’entres elles seraient ainsi dans une phase prodromale de la MA. Les travaux de cette thèse visent à explorer les activations fonctionnelles associées à la mémoire épisodique et à la mémoire de travail dans le TCL ainsi qu’aux effets de la sévérité de la maladie et des caractéristiques de la tâche sur ces activations. Dans un premier temps, nous exposerons les connaissances relatives au niveau des atteintes cognitives, du patron d’activation fonctionnelle et des plus récents modèles élaborés pour expliquer les changements d’activation dans le vieillissement normal et pathologique (Chapitre 1). Par la suite, les études réalisées dans le cadre de cette thèse seront présentées. Nous avons d’abord étudié la fiabilité du signal d’activation chez les TCL et chez les personnes âgées saines (PA) à l’aide de tâches d’encodage et de récupération de mots (Chapitre 2). Nous avons ensuite comparé le patron d’activation cérébral des PA et des personnes TCL alors qu’elles réalisaient une tâche d’encodage et de récupération de mots. L’effet de la sévérité a été évalué en corrélant les activations des personnes TCL à leurs scores obtenu à une échelle évaluant leur cognition globale (Chapitre 3). L’effet de sévérité a ensuite été étudié de manière plus approfondie chez un plus grand nombre de TCL en utilisant la médiane du groupe à cette même échelle pour déterminer un groupe de TCL plus atteints et un groupe de TCL moins atteints. Ces deux groupes ont ensuite été comparés à un groupe de PA lors d’une tâche d’encodage de paires de mots reliés sémantiquement ou non-reliés (Chapitre 4), une tâche de reconnaissance de paires de mots mesurant principalement la familiarité ou principalement la recollection (Chapitre 5), ainsi que deux tâches impliquant des composantes différentes de la mémoire de travail et des fonctions exécutives, soit la manipulation de l’information et l’attention divisée (Chapitre 6). Les résultats présentés dans cette thèse ont mis en évidence une distinction entre le patron d’activation des TCL et des PA qui semble caractérisée par une interaction entre le niveau de sévérité de la maladie et les processus cognitifs impliqués dans la tâche. L’effet de sévérité a été observé lors de plusieurs tâches impliquant des processus cognitifs différents où les MCI moins atteints ont montré principalement des hyperactivations sous-tendant des mécanismes compensatoires et les MCI plus atteints ont montré principalement des hypoactivations soulignant la dégradation de ces mécanismes. Par ailleurs, les résultats de nos études ont aussi montré que cet effet de sévérité est modulé par le moment d’altération du processus cognitif impliqué dans la tâche: les processus altérés précocément dans le TCL sont caractériséees par des hyperactivations chez les TCL moins atteints tandis que les processus altérés plus tardivement ont plutôt élicité des hyperactivations chez les TCL plus atteints. Les implications de ces résultats, ainsi que les limites des études, sont discutés (Chapitre 7).

L'utilisation de la musique comme support de nouveaux apprentissages dans le vieillissement normal et la maladie d'Alzheimer

L’objectif de ce travail de thèse est d’évaluer le potentiel de la musique comme support mnémotechnique pour l’acquisition de nouvelles informations chez des personnes âgées saines et atteintes de la maladie d’Alzheimer (MA). Les bénéfices de la musique sur la cognition ont souvent été mis en évidence, y compris chez des populations âgées ou atteintes de démence. Parallèlement, chez des sujets jeunes, l’idée que la musique peut servir de support pour la mémoire a été largement débattue. Pourtant, très peu d’études ont posé cette question auprès de populations âgées ou dans la démence, malgré le besoin persistant de stratégies d’intervention dans ce domaine. Dans le présent travail, deux études sont menées dans une cohorte de 8 participants atteints d’un stade léger de la maladie d’Alzheimer, et 7 participants âgés sains appariés en âge et niveau de scolarité. La première étude porte sur la mémoire verbale, et compare l’apprentissage et la rétention de paroles (textes inconnus) présentées de manière récitée ou chantée. Lorsque les paroles sont chantées, différents degrés de familiarité de la mélodie sont contrastés. Aussi, l’action motrice étant intimement liée à l’écoute musicale, nous contrastons deux procédures d’apprentissage impliquant (ou non) la production synchronisée des paroles à mémoriser pendant l’encodage : le participant est invité à chanter à l’unisson avec un modèle (ou à écouter simplement sans chanter). Les résultats de cette étude sont présentés et discutés dans les deux premiers articles de la partie expérimentale. Ils suggèrent globalement que la musique n’aide pas l’apprentissage en rappel immédiat ; un effet délétère est même observé lorsque la mélodie utilisée est non familière. Par contre, la musique favorise la rétention à long terme des paroles, principalement pour les participants MA. Elle ne semble cependant pas interagir avec la procédure d’apprentissage impliquant le chant à l’unisson. La seconde étude porte sur l’apprentissage de séquences de gestes. Suivant la même logique que dans la première étude, nous explorons l’influence d’un accompagnement musical (versus apprentissage en silence) et d’une procédure d’apprentissage avec production synchronisée (versus observation) des gestes durant l’encodage. Les résultats (article 3) ne montrent pas non plus d’interaction entre l’accompagnement et la procédure d’apprentissage, mais différents effets de chaque composante sur les deux groupes de participants. Effectuer les gestes en synchronie avec un modèle lors de l’encodage est bénéfique pour les sujets Contrôles, mais plutôt délétère pour les participants MA. Par contre, l’accompagnement musical favorise davantage l’apprentissage chez les sujet MA que chez les Contrôles. En discussion générale, nous discutons les implications de ces résultats pour la neuropsychologie fondamentale et clinique, et proposons notamment différentes recommandations visant à maximiser ces effets et à les rendre pertinents pour l’usage thérapeutique en stimulation cognitive.

Contrôle attentionnel et vieillissement normal : contribution à la mémoire de travail et variabilité interindividuelle

Dans le contexte actuel du vieillissement de la population, il importe de s’intéresser aux changements qui surviennent avec l’avancement en âge. Le vieillissement s’accompagne de modifications pour différentes fonctions cognitives, dont la mémoire de travail (MdeT), un système permettant le maintien temporaire et la manipulation d’une petite quantité d’informations. Les travaux de cette thèse portent sur le vieillissement normal de la MdeT et des fonctions de contrôle attentionnel (FCA) qui la sous-tendent (l’alternance, l’inhibition et la mise à jour). D’abord, la première étude (Chapitre II) visait à préciser l’effet du vieillissement normal sur la MdeT et sur chacune des FCA qui la sous-tendent. Elle avait également pour but d’identifier les FCA qui contribuent à la réalisation de différentes tâches de MdeT, et si cette contribution diffère selon le groupe d’âge. Des tâches mesurant chacune des FCA ainsi que des tâches de MdeT ont été administrées à des personnes âgées et à des jeunes adultes. Les analyses contrôlant pour le ralentissement cognitif ont révélé que les habiletés d’alternance et de mise à jour sont préservées chez les personnes âgées, mais que l’inhibition est atteinte comparativement aux jeunes adultes. Les analyses ont également montré que l’impact du vieillissement sur la MdeT dépend de la tâche utilisée. Enfin, les résultats ont indiqué que la contribution des FCA à la MdeT dépend à la fois de la tâche de MdeT et du groupe d’âge. En particulier, la mise à jour contribue davantage à la MdeT des personnes âgées qu’à celle des jeunes, ce qui pourrait refléter une tentative de compensation. La seconde étude (Chapitre III) avait pour objectif de caractériser la variabilité interindividuelle au niveau des FCA, pour les personnes âgées et pour les jeunes adultes. Des analyses hiérarchiques en grappes réalisées sur les habiletés d’alternance, d’inhibition et de mise à jour, ont permis de déterminer si différents profils de contrôle attentionnel étaient présents. L’étude cherchait également à déterminer si les individus appartenant à des profils de contrôle attentionnel distincts diffèrent quant à certaines variables intellectuelles ou de santé. Les analyses ont mis en évidence trois profils de contrôle attentionnel distincts parmi les personnes âgées, l’inhibition étant une FCA critique pour distinguer entre les trois sous-groupes. Trois profils de contrôle attentionnel ont également été identifiés chez les jeunes adultes, et ces profils étaient caractérisés par moins de variabilité intra-individuelle que ceux des âgés. Les analyses ont par ailleurs montré que les profils de contrôle attentionnel se distinguent sur certaines variables intellectuelles et de santé. Les implications théoriques et cliniques de ces résultats seront discutées en fin de thèse (Chapitre IV).

Les ondes en sommeil lent au cours du vieillissement normal : marqueurs du processus homéostatique et de la cognition

Les ondes lentes (OL) et les fuseaux de sommeil (FS) caractérisent le sommeil lent. Ces ondes sont particulièrement vulnérables aux effets du vieillissement, et ce, dès le milieu de l’âge adulte. La signification fonctionnelle de ces changements demeure toutefois inconnue. Les OL constituent des marqueurs sensibles de la pression homéostatique au sommeil qui augmente avec la durée de l’éveil et qui diminue avec la durée de sommeil. L’hypothèse que les changements des OL puissent refléter une altération de la régulation homéostatique demeure toujours matière à débat dans la littérature. D’autre part, les FS et les OL ont tous deux été associés à la plasticité cérébrale et à la cognition. La correspondance entre les ondes en sommeil lent et le fonctionnement cognitif au cours du vieillissement normal demeure peu étudiée et les résultats sont inconsistants. L’objectif de cette thèse est de déterminer comment l’âge affecte la réponse homéostatique des OL et d’évaluer l’association entre les caractéristiques des ondes en sommeil lent et les performances cognitives chez des personnes d’âge moyen et âgées. La première étude a évalué l’effet de 25 heures d’éveil sur les OL durant un épisode de sommeil de récupération diurne chez de jeunes adultes et des personnes d’âge moyen. Comparativement aux jeunes, les personnes d’âge moyen ont montré une augmentation atténuée de la densité des OL après la privation de sommeil. Elles ont également montré une augmentation plus faible de la synchronisation neuronale durant une OL dans les régions frontales et préfrontales, mesurée par l’amplitude et la pente des OL. La deuxième étude a évalué le lien prédictif des OL, des FS et de l’architecture du sommeil sur les performances à des tests neuropsychologiques mesurant les capacités attentionnelles, les fonctions exécutives et les capacités d’apprentissage verbal chez des participants d’âge moyen et âgés en bonne santé. Seule la fluence verbale était associée à la densité et à la pente des OL. Les OL ne semblent donc pas constituer un marqueur stable du fonctionnement cognitif. Comparativement aux OL, les caractéristiques des FS étaient associées de façon plus systématique aux performances cognitives et plus particulièrement aux capacités d’apprentissage et aux fonctions attentionnelles. Dans l’ensemble, cette thèse suggère que l’augmentation plus faible de la synchronisation neuronale dans les régions antérieures après une privation de sommeil est expliquée par une plasticité synaptique réduite chez les personnes d’âge moyen comparativement aux jeunes. Par ailleurs, la capacité à générer une activité neuronale synchronisée, mesurée par les OL, ne prédit ni la capacité à maintenir le sommeil durant le jour, ni les fonctions cognitives de façon consistante. Les FS, quant à eux, représentent un meilleur marqueur du fonctionnement cognitif au cours du vieillissement normal. Les FS pourraient refléter une meilleure intégrité anatomique/physiologique des réseaux neuronaux impliqués dans les capacités attentionnelles et d’apprentissage.

Traitement vocal et vieillissement normal : apports comportementaux et neurofonctionnels

La voix est tout sauf un stimulus auditif ordinaire. Pour cause, elle prend son importance de manière très précoce chez l’Homme lorsque, dans l’environnement amniotique, le fœtus entend pour la toute première fois la voix de sa mère. C’est en quelque sorte par l’intermédiaire de cette voix que les premiers contacts avec le monde extérieur, mais également avec l’Autre, s’effectuent. Le statut particulier de la voix humaine perdure au fil du développement, devenant plus tard le principal médium véhiculant le langage oral, si significatif pour l’Homme. En parallèle, et de manière tout aussi adaptative, elle permet la transmission d’informations non langagières renseignant sur l’identité, l’état émotionnel mais également le statut social de chaque individu. C’est ainsi que simplement en entendant la voix d’une personne inconnue, il est généralement possible d’en extrapoler son âge, son genre, mais également d’avoir une idée assez précise de l’état émotionnel dans lequel elle se trouve. Les capacités permettant d’extraire de la voix les divers éléments informationnels qu’elle contient ne seraient toutefois pas stables au fil du temps. Ainsi, le vieillissement normal semble associé à des difficultés de traitement des informations vocales de nature langagière, mais également non langagière. De nombreuses études se sont intéressées au déclin des capacités de traitement du discours avec l’âge. Beaucoup moins de travaux ont cependant considéré les conséquences du vieillissement sur le domaine paralinguistique et, lorsque des travaux s’y sont attardés, c’est essentiellement la sphère affective qui a été investiguée. En raison de ce peu d’études, mais également de leur focus portant spécifiquement sur la sphère émotionnelle, il est extrêmement ardu de généraliser les résultats obtenus au traitement vocal général. La présente thèse s’est donc intéressée aux capacités de traitement de la voix dans le vieillissement normal. La première étude de cette thèse (Article 1) avait pour objectif d’évaluer l’impact du vieillissement normal sur les capacités comportementales de traitement paralinguistique vocal non émotionnel. Pour ce faire, une batterie informatisée composée de quatre tâches a été élaborée : la batterie d’évaluation de la perception vocale (Batterie EPV; tâches de catégorisation de genre, de discrimination de sources sonores, adaptative de discrimination et de mémorisation). Cette batterie permettait de comparer les performances d’adultes jeunes et âgés lors du traitement de stimuli vocaux et non vocaux, mais également lors du traitement de divers stimuli vocaux. Cette première étude met en évidence, pour trois des quatre tâches comportementales, des performances inférieures chez les adultes âgés et ce, malgré le contrôle statistique des contributions du déclin auditif et cognitif. Pour les aînés, le traitement de stimuli vocaux, en comparaison au traitement de stimuli non vocaux, n’était toutefois pas systématiquement inférieur à celui des jeunes adultes. Sans que les performances ne puissent être prédites par la mesure cognitive utilisée comme covariable (performances au MoCA), il appert que les demandes cognitives inhérentes aux tâches participent à ces différences intergroupes. Le second article de ce travail visait quant à lui à explorer à l’aide de l’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf), l’influence du vieillissement normal sur les réseaux neuronaux sous-tendant le traitement de l’information vocale, une telle investigation n’ayant jamais été effectuée auparavant. Pour ce faire, une tâche d’écoute passive (permettant le contraste de blocs de sons vocaux et non vocaux) ainsi qu’une tâche adaptative de discrimination ont été utilisées. La tâche adaptative, basée sur une type de protocole psycoacoustique « up-down », assurait l’obtention de niveau de performance équivalent entre les deux groupes, une condition nécessaire pour la comparaison de groupe au niveau neurofonctionnel. La comparaison des adultes jeunes et âgés n’a mis en évidence aucune disparité quant au recrutement des aires répondant préférentiellement à la voix : les aires vocales temporales (AVT). Ce résultat suggère que l’âge n’affecte pas la mobilisation des aires spécialisées dans le traitement de la voix. Néanmoins, à l’extérieur des AVT et chez les aînés, le sous recrutement d’une portion du cortex auditif a été observé, en parallèle au recrutement additionnel de régions pariétale, temporale et frontale (Article 2 – Étude 1). Lors de la réalisation d’une tâche adaptative de discrimination, contrairement à ce qui était attendu, les seuils de discrimination des deux groupes d’âges étaient comparables. Pour effectuer la tâche, les participants âgés ont cependant recruté un réseau neuronal plus étendu que celui des jeunes adultes, et pour les aînés, l’activation additionnelle de régions frontale et temporale sous-tendaient la réalisation de la tâche (Article 2 - Étude 2). Les données comportementales présentées dans cette thèse suggèrent que l’effet délétère que semble avoir le vieillissement normal sur les capacités de traitement paralinguistique vocal affectif est également retrouvé lors du traitement d’informations vocales émotionnellement neutres. En parallèle, la mise en place de phénomènes de plasticité cérébrale est objectivée. Ces derniers ne toucheraient cependant pas les réseaux spécialisés dans le traitement de la voix, qui seraient recrutés de manière comparable par les adultes jeunes et âgés. Néanmoins, la tâche d’écoute passive a mis en évidence la présence, chez les aînés, du recrutement sous-optimal d’une portion du cortex auditif (gyrus temporal transverse). En parallèle, et ce pour les deux tâches, des réseaux neuronaux surnuméraires étaient sollicitées par les adultes âgés, permettant potentiellement d’assurer, chez les ainés, le maintien de performances adéquates.

Substrats neuronaux du traitement visuel et sémantique des mots dans le vieillissement normal : apports de la MEG

Bien que l’on ait longtemps considéré que les substrats cérébraux de la mémoire sémantique (MS) demeuraient intacts au cours du vieillissement normal (VN), en raison d’une préservation de la performance des personnes âgées à des épreuves sémantiques, plusieurs études récentes suggèrent que des modifications cérébrales sous-tendant le traitement sémantique opèrent au cours du vieillissement. Celles-ci toucheraient principalement les régions responsables des aspects exécutifs du traitement sémantique, impliqués dans les processus de recherche, de sélection et de manipulation stratégique de l’information sémantique. Cependant, les mécanismes spécifiques régissant la réorganisation cérébrale du traitement sémantique au cours du VN demeurent méconnus, notamment en raison de divergences méthodologiques entre les études. De plus, des données de la littérature suggèrent que des modifications cérébrales associées au vieillissement pourraient également avoir lieu en relation avec les aspects perceptifs visuels du traitement des mots. Puisque le processus de lecture des mots représente un processus interactif et dynamique entre les fonctions perceptuelles de bas niveau et les fonctions de plus haut niveau tel que la MS, il pourrait exister des modifications liées à l’âge au plan des interactions cérébrales entre les aspects perceptifs et sémantiques du traitement des mots. Dans son ensemble, l’objectif de la présente thèse était de caractériser les modifications cérébrales ainsi que le décours temporel du signal cérébral qui sont associés au traitement sémantique ainsi qu’au traitement perceptif des mots en lien avec le VN, ainsi que les relations et les modulations entre les processus sémantiques et perceptifs au cours du VN, en utilisant la magnétoencéphalographie (MEG) comme technique d’investigation. Dans un premier temps (chapitre 2), les patrons d’activation cérébrale d’un groupe de participants jeunes et d’un groupe de participants âgés sains ont été comparés alors qu’ils effectuaient une tâche de jugement sémantique sur des mots en MEG, en se concentrant sur le signal autour de la N400, une composante associée au traitement sémantique. Les résultats démontrent que des modifications cérébrales liées à l’âge touchent principalement les structures impliquées dans les aspects exécutifs du traitement sémantique. Une activation plus importante du cortex préfrontal inférieur (IPC) a été observée chez les participants jeunes que chez les participants âgés, alors que ces derniers activaient davantage les régions temporo-pariétales que les jeunes adultes. Par ailleurs, le lobe temporal antérieur (ATL) gauche, considéré comme une région centrale et amodale du traitement sémantique, était également davantage activé par les participants âgés que par les jeunes adultes. Dans un deuxième temps (chapitre 3), les patrons d’activation cérébrale d’un groupe de participants jeunes et d’un groupe de participants âgés sains ont été comparés en se concentrant sur le signal associé au traitement perceptif visuel, soit dans les 200 premières millisecondes du traitement des mots. Les résultats montrent que des modifications cérébrales liées à l’âge touchent le gyrus fusiforme mais aussi le réseau sémantique, avec une plus grande activation pour le groupe de participants âgés, malgré une absence de différence d’activation dans le cortex visuel extrastrié entre les deux groupes. Les implications théoriques des résultats de ces deux études sont ensuite discutées, et les limites et perspectives futures sont finalement adressées (chapitre 4).