Associative learning in wild Anastrepha obliqua females (Diptera, Tephritidae) related to a protein source

The aim of the present study was to determine whether wild adult Anastrepha obliqua (Macquart, 1835) females are able to associate a compound (quinine sulphate - QS) not related to their habitual diet with a protein-enriched food. Females were first fed on diets based on brewer yeast and sucrose containing or not QS. The groups were then allowed to choose between their original diets and a diet with or without QS, depending on the previous treatment, and between a diet based on agar and a diet containing agar and QS. When the nutritional value of the diets was adequate, the females did not show any preference for the diet with or without QS. With respect to the agar diet and the agar + QS diet, females previously fed on a nutritive diet containing QS preferred the diet containing QS, indicating an association between the compound and the nutritional value of the diet. The importance of this behavioral strategy is discussed.

Evolution of decision-making and learning under fluctuating social environments

The capacity to learn to associate sensory perceptions with appropriate motor actions underlies the success of many animal species, from insects to humans. The evolutionary significance of learning has long been a subject of interest for evolutionary biologists who emphasize the bene¬fit yielded by learning under changing environmental conditions, where it is required to flexibly switch from one behavior to another. However, two unsolved questions are particularly impor¬tant for improving our knowledge of the evolutionary advantages provided by learning, and are addressed in the present work. First, because it is possible to learn the wrong behavior when a task is too complex, the learning rules and their underlying psychological characteristics that generate truly adaptive behavior must be identified with greater precision, and must be linked to the specific ecological problems faced by each species. A framework for predicting behavior from the definition of a learning rule is developed here. Learning rules capture cognitive features such as the tendency to explore, or the ability to infer rewards associated to unchosen actions. It is shown that these features interact in a non-intuitive way to generate adaptive behavior in social interactions where individuals affect each other's fitness. Such behavioral predictions are used in an evolutionary model to demonstrate that, surprisingly, simple trial-and-error learn¬ing is not always outcompeted by more computationally demanding inference-based learning, when population members interact in pairwise social interactions. A second question in the evolution of learning is its link with and relative advantage compared to other simpler forms of phenotypic plasticity. After providing a conceptual clarification on the distinction between genetically determined vs. learned responses to environmental stimuli, a new factor in the evo¬lution of learning is proposed: environmental complexity. A simple mathematical model shows that a measure of environmental complexity, the number of possible stimuli in one's environ¬ment, is critical for the evolution of learning. In conclusion, this work opens roads for modeling interactions between evolving species and their environment in order to predict how natural se¬lection shapes animals' cognitive abilities. - La capacité d'apprendre à associer des sensations perceptives à des actions motrices appropriées est sous-jacente au succès évolutif de nombreuses espèces, depuis les insectes jusqu'aux êtres hu¬mains. L'importance évolutive de l'apprentissage est depuis longtemps un sujet d'intérêt pour les biologistes de l'évolution, et ces derniers mettent l'accent sur le bénéfice de l'apprentissage lorsque les conditions environnementales sont changeantes, car dans ce cas il est nécessaire de passer de manière flexible d'un comportement à l'autre. Cependant, deux questions non résolues sont importantes afin d'améliorer notre savoir quant aux avantages évolutifs procurés par l'apprentissage. Premièrement, puisqu'il est possible d'apprendre un comportement incorrect quand une tâche est trop complexe, les règles d'apprentissage qui permettent d'atteindre un com¬portement réellement adaptatif doivent être identifiées avec une plus grande précision, et doivent être mises en relation avec les problèmes écologiques spécifiques rencontrés par chaque espèce. Un cadre théorique ayant pour but de prédire le comportement à partir de la définition d'une règle d'apprentissage est développé ici. Il est démontré que les caractéristiques cognitives, telles que la tendance à explorer ou la capacité d'inférer les récompenses liées à des actions non ex¬périmentées, interagissent de manière non-intuitive dans les interactions sociales pour produire des comportements adaptatifs. Ces prédictions comportementales sont utilisées dans un modèle évolutif afin de démontrer que, de manière surprenante, l'apprentissage simple par essai-et-erreur n'est pas toujours battu par l'apprentissage basé sur l'inférence qui est pourtant plus exigeant en puissance de calcul, lorsque les membres d'une population interagissent socialement par pair. Une deuxième question quant à l'évolution de l'apprentissage concerne son lien et son avantage relatif vis-à-vis d'autres formes plus simples de plasticité phénotypique. Après avoir clarifié la distinction entre réponses aux stimuli génétiquement déterminées ou apprises, un nouveau fac¬teur favorisant l'évolution de l'apprentissage est proposé : la complexité environnementale. Un modèle mathématique permet de montrer qu'une mesure de la complexité environnementale - le nombre de stimuli rencontrés dans l'environnement - a un rôle fondamental pour l'évolution de l'apprentissage. En conclusion, ce travail ouvre de nombreuses perspectives quant à la mo¬délisation des interactions entre les espèces en évolution et leur environnement, dans le but de comprendre comment la sélection naturelle façonne les capacités cognitives des animaux.

Interactions between learning and immunity in Drosophila melanogaster

Learning and immunity are two adaptive traits with roles in central aspects of an organism's life: learning allows adjusting behaviours in changing environments, while immunity protects the body integrity against parasites and pathogens. While we know a lot about how these two traits interact in vertebrates, the interactions between learning and immunity remain poorly explored in insects. During my PhD, I studied three possible ways in which these two traits interact in the model system Drosophila melanogaster, a model organism in the study of learning and in the study of immunity. Learning can affect the behavioural defences against parasites and pathogens through the acquisition of new aversions for contaminated food for instance. This type of learning relies on the ability to associate a food-related cue with the visceral sickness following ingestion of contaminated food. Despite its potential implication in infection prevention, the existence of pathogen avoidance learning has been rarely explored in invertebrates. In a first part of my PhD, I tested whether D. melanogaster, which feed on food enriched in microorganisms, innately avoid the orally-acquired 'novel' virulent pathogen Pseudomonas entomophila, and whether it can learn to avoid it. Although flies did not innately avoid this pathogen, they decreased their preference for contaminated food over time, suggesting the existence of a form of learning based likely on infection-induced sickness. I further found that flies may be able to learn to avoid an odorant which was previously associated with the pathogen, but this requires confirmation with additional data. If this is confirmed, this would be the first time, to my knowledge, that pathogen avoidance learning is reported in an insect. The detrimental effect of infection on cognition and more specifically on learning ability is well documented in vertebrates and in social insects. While the underlying mechanisms are described in detail in vertebrates, experimental investigations are lacking in invertebrates. In a second part of my PhD, I tested the effect of an oral infection with natural pathogens on associative learning of D. melanogaster. By contrast with previous studies in insects, I found that flies orally infected with the virulent P. entomophila learned better the association of an odorant with mechanical shock than uninfected flies. The effect seems to be specific to a gut infection, and so far I have not been able to draw conclusions on the respective contributions of the pathogen's virulence and of the flies' immune activity in this effect. Interestingly, infected flies may display an increased sensitivity to physical pain. If the learning improvement observed in infected flies was due partially to the activity of the immune system, my results would suggest the existence of physiological connections between the immune system and the nervous system. The basis of these connections would then need to be addressed. Learning and immunity are linked at the physiological level in social insects. Physiological links between traits often result from the expression of genetic links between these traits. However, in social insects, there is no evidence that learning and immunity may be involved in an evolutionary trade-off. I previously reported a positive effect of infection on learning in D. melanogaster. This might suggest that a positive genetic link could exist between learning and immunity. We tested this hypothesis with two approaches: the diallel cross design with inbred lines, and the isofemale lines design. The two approaches provided consistent results: we found no additive genetic correlation between learning and resistance to infection with the diallel cross, and no genetic correlation in flies which are not yet adapted to laboratory conditions in isofemale lines. Consistently with the literature, the two studies suggested that the positive effect of infection on learning I observed might not be reflected by a positive evolutionary link between learning and immunity. Nevertheless, the existence of complex genetic relationships between the two traits cannot be excluded. - L'apprentissage et l'immunité sont deux caractères à valeur adaptative impliqués dans des aspects centraux de la vie d'un organisme : l'apprentissage permet d'ajuster les comportements pour faire face aux changements de l'environnement, tandis que l'immunité protège l'intégrité corporelle contre les attaques des parasites et des pathogènes. Alors que les interactions entre l'apprentissage et l'immunité sont bien documentées chez les vertébrés, ces interactions ont été très peu étudiées chez les insectes. Pendant ma thèse, je me suis intéressée à trois aspects des interactions possibles entre l'apprentissage et l'immunité chez la mouche du vinaigre Drosophila melanogaster, qui est un organisme modèle dans l'étude à la fois de l'apprentissage et de l'immunité. L'apprentissage peut affecter les défenses comportementales contre les parasites et les pathogènes par l'acquisition de nouvelles aversions pour la nourriture contaminée par exemple. Ce type d'apprentissage repose sur la capacité à associer une caractéristique de la nourriture avec la maladie qui suit l'ingestion de cette nourriture. Malgré les implications potentielles pour la prévention des infections, l'évitement appris des pathogènes a été rarement étudié chez les invertébrés. Dans une première partie de ma thèse, j'ai testé si les mouches, qui se nourrissent sur des milieux enrichis en micro-organismes, évitent de façon innée un 'nouveau' pathogène virulent Pseudomonas entomophila, et si elles ont la capacité d'apprendre à l'éviter. Bien que les mouches ne montrent pas d'évitement inné pour ce pathogène, elles diminuent leur préférence pour de la nourriture contaminée dans le temps, suggérant l'existence d'une forme d'apprentissage basée vraisemblablement sur la maladie générée par l'infection. J'ai ensuite observé que les mouches semblent être capables d'apprendre à éviter une odeur qui était au préalable associée avec ce pathogène, mais cela reste à confirmer par la collecte de données supplémentaires. Si cette observation est confirmée, cela sera la première fois, à ma connaissance, que l'évitement appris des pathogènes est décrit chez un insecte. L'effet détrimental des infections sur la cognition et plus particulièrement sur les capacités d'apprentissage est bien documenté chez les vertébrés et les insectes sociaux. Alors que les mécanismes sous-jacents sont détaillés chez les vertébrés, des études expérimentales font défaut chez les insectes. Dans une seconde partie de ma thèse, j'ai mesuré les effets d'une infection orale par des pathogènes naturels sur les capacités d'apprentissage associatif de la drosophile. Contrairement aux études précédentes chez les insectes, j'ai trouvé que les mouches infectées par le pathogène virulent P. entomophila apprennent mieux à associer une odeur avec des chocs mécaniques que des mouches non infectées. Cet effet semble spécifique à l'infection orale, et jusqu'à présent je n'ai pas pu conclure sur les contributions respectives de la virulence du pathogène et de l'activité immunitaire des mouches dans cet effet. De façon intéressante, les mouches infectées pourraient montrer une plus grande réactivité à la douleur physique. Si l'amélioration de l'apprentissage observée chez les mouches infectées était due en partie à l'activité du système immunitaire, mes résultats suggéreraient l'existence de connections physiologiques entre le système immunitaire et le système nerveux. Les mécanismes de ces connections seraient à explorer. L'apprentissage et l'immunité sont liés sur un plan physiologique chez les insectes sociaux. Les liens physiologiques entre les caractères résultent souvent de l'expression de liens entre ces caractères au niveau génétique. Cependant, chez les insectes sociaux, il n'y a pas de preuve que l'apprentissage et l'immunité soient liés par un compromis évolutif. J'ai précédemment rapporté un effet positif de l'infection sur l'apprentissage chez la drosophile. Cela pourrait suggérer qu'une relation génétique positive existerait entre l'apprentissage et l'immunité. Nous avons testé cette hypothèse par deux approches : le croisement diallèle avec des lignées consanguines, et les lignées isofemelles. Les deux approches ont fournies des résultats similaires : nous n'avons pas détecté de corrélation génétique additive entre l'apprentissage et la résistance à l'infection avec le croisement diallèle, et pas de corrélation génétique chez des mouches non adaptées aux conditions de laboratoire avec les lignées isofemelles. En ligne avec la littérature, ces deux études suggèrent que l'effet positif de l'infection sur l'apprentissage que j'ai précédemment observé ne refléterait pas un lien évolutif positif entre l'apprentissage et l'immunité. Néanmoins, l'existence de relations génétiques complexes n'est pas exclue.

Dynamics of the recruitment of lateral amygdala neurons following successive fear learning to different conditional stimuli

In fear conditioning, an animal learns to associate an unconditioned stimulus (US), such as a shock, and a conditioned stimulus (CS), such as a tone, so that the presentation of the CS alone can trigger conditioned responses. Recent research on the lateral amygdala has shown that following cued fear conditioning, only a subset of higher-excitable neurons are recruited in the memory trace. Their selective deletion after fear conditioning results in a selective erasure of the fearful memory. I hypothesize that the recruitment of highly excitable neurons depends on responsiveness to stimuli, intrinsic excitability and local connectivity. In addition, I hypothesize that neurons recruited for an initial memory also participate in subsequent memories, and that changes in neuronal excitability affect secondary fear learning. To address these hypotheses, I will show that A) a rat can learn to associate two successive short-term fearful memories; B) neuronal populations in the LA are competitively recruited in the memory traces depending on individual neuronal advantages, as well as advantages granted by the local network. By performing two successive cued fear conditioning experiments, I found that rats were able to learn and extinguish the two successive short-term memories, when tested 1 hour after learning for each memory. These rats were equipped with a system of stable extracellular recordings that I developed, which allowed to monitor neuronal activity during fear learning. 233 individual putative pyramidal neurons could modulate their firing rate in response to the conditioned tone (conditioned neurons) and/or non- conditioned tones (generalizing neurons). Out of these recorded putative pyramidal neurons 86 (37%) neurons were conditioned to one or both tones. More precisely, one population of neurons encoded for a shared memory while another group of neurons likely encoded the memories' new features. Notably, in spite of a successful behavioral extinction, the firing rate of those conditioned neurons in response to the conditioned tone remained unchanged throughout memory testing. Furthermore, by analyzing the pre-conditioning characteristics of the conditioned neurons, I determined that it was possible to predict neuronal recruitment based on three factors: 1) initial sensitivity to auditory inputs, with tone-sensitive neurons being more easily recruited than tone- insensitive neurons; 2) baseline excitability levels, with more highly excitable neurons being more likely to become conditioned; and 3) the number of afferent connections received from local neurons, with neurons destined to become conditioned receiving more connections than non-conditioned neurons. - En conditionnement de la peur, un animal apprend à associer un stimulus inconditionnel (SI), tel un choc électrique, et un stimulus conditionné (SC), comme un son, de sorte que la présentation du SC seul suffit pour déclencher des réflexes conditionnés. Des recherches récentes sur l'amygdale latérale (AL) ont montré que, suite au conditionnement à la peur, seul un sous-ensemble de neurones plus excitables sont recrutés pour constituer la trace mnésique. Pour apprendre à associer deux sons au même SI, je fais l'hypothèse que les neurones entrent en compétition afin d'être sélectionnés lors du recrutement pour coder la trace mnésique. Ce recrutement dépendrait d'un part à une activation facilité des neurones ainsi qu'une activation facilité de réseaux de neurones locaux. En outre, je fais l'hypothèse que l'activation de ces réseaux de l'AL, en soi, est suffisante pour induire une mémoire effrayante. Pour répondre à ces hypothèses, je vais montrer que A) selon un processus de mémoire à court terme, un rat peut apprendre à associer deux mémoires effrayantes apprises successivement; B) des populations neuronales dans l'AL sont compétitivement recrutées dans les traces mnésiques en fonction des avantages neuronaux individuels, ainsi que les avantages consentis par le réseau local. En effectuant deux expériences successives de conditionnement à la peur, des rats étaient capables d'apprendre, ainsi que de subir un processus d'extinction, pour les deux souvenirs effrayants. La mesure de l'efficacité du conditionnement à la peur a été effectuée 1 heure après l'apprentissage pour chaque souvenir. Ces rats ont été équipés d'un système d'enregistrements extracellulaires stables que j'ai développé, ce qui a permis de suivre l'activité neuronale pendant l'apprentissage de la peur. 233 neurones pyramidaux individuels pouvaient moduler leur taux d'activité en réponse au son conditionné (neurones conditionnés) et/ou au son non conditionné (neurones généralisant). Sur les 233 neurones pyramidaux putatifs enregistrés 86 (37%) d'entre eux ont été conditionnés à un ou deux tons. Plus précisément, une population de neurones code conjointement pour un souvenir partagé, alors qu'un groupe de neurones différent code pour de nouvelles caractéristiques de nouveaux souvenirs. En particulier, en dépit d'une extinction du comportement réussie, le taux de décharge de ces neurones conditionné en réponse à la tonalité conditionnée est resté inchangée tout au long de la mesure d'apprentissage. En outre, en analysant les caractéristiques de pré-conditionnement des neurones conditionnés, j'ai déterminé qu'il était possible de prévoir le recrutement neuronal basé sur trois facteurs : 1) la sensibilité initiale aux entrées auditives, avec les neurones sensibles aux sons étant plus facilement recrutés que les neurones ne répondant pas aux stimuli auditifs; 2) les niveaux d'excitabilité des neurones, avec les neurones plus facilement excitables étant plus susceptibles d'être conditionnés au son ; et 3) le nombre de connexions reçues, puisque les neurones conditionné reçoivent plus de connexions que les neurones non-conditionnés. Enfin, nous avons constaté qu'il était possible de remplacer de façon satisfaisante le SI lors d'un conditionnement à la peur par des injections bilatérales de bicuculline, un antagoniste des récepteurs de l'acide y-Aminobutirique.

Electrical neuroimaging of memory discrimination based on single-trial multisensory learning.

Multisensory experiences influence subsequent memory performance and brain responses. Studies have thus far concentrated on semantically congruent pairings, leaving unresolved the influence of stimulus pairing and memory sub-types. Here, we paired images with unique, meaningless sounds during a continuous recognition task to determine if purely episodic, single-trial multisensory experiences can incidentally impact subsequent visual object discrimination. Psychophysics and electrical neuroimaging analyses of visual evoked potentials (VEPs) compared responses to repeated images either paired or not with a meaningless sound during initial encounters. Recognition accuracy was significantly impaired for images initially presented as multisensory pairs and could not be explained in terms of differential attention or transfer of effects from encoding to retrieval. VEP modulations occurred at 100-130ms and 270-310ms and stemmed from topographic differences indicative of network configuration changes within the brain. Distributed source estimations localized the earlier effect to regions of the right posterior temporal gyrus (STG) and the later effect to regions of the middle temporal gyrus (MTG). Responses in these regions were stronger for images previously encountered as multisensory pairs. Only the later effect correlated with performance such that greater MTG activity in response to repeated visual stimuli was linked with greater performance decrements. The present findings suggest that brain networks involved in this discrimination may critically depend on whether multisensory events facilitate or impair later visual memory performance. More generally, the data support models whereby effects of multisensory interactions persist to incidentally affect subsequent behavior as well as visual processing during its initial stages.

Glucose-dependent insulinotropic polypeptide receptor knockout mice are impaired in learning, synaptic plasticity, and neurogenesis.

Glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP) is a key incretin hormone, released from intestine after a meal, producing a glucose-dependent insulin secretion. The GIP receptor (GIPR) is expressed on pyramidal neurons in the cortex and hippocampus, and GIP is synthesized in a subset of neurons in the brain. However, the role of the GIPR in neuronal signaling is not clear. In this study, we used a mouse strain with GIPR gene deletion (GIPR KO) to elucidate the role of the GIPR in neuronal communication and brain function. Compared with C57BL/6 control mice, GIPR KO mice displayed higher locomotor activity in an open-field task. Impairment of recognition and spatial learning and memory of GIPR KO mice were found in the object recognition task and a spatial water maze task, respectively. In an object location task, no impairment was found. GIPR KO mice also showed impaired synaptic plasticity in paired-pulse facilitation and a block of long-term potentiation in area CA1 of the hippocampus. Moreover, a large decrease in the number of neuronal progenitor cells was found in the dentate gyrus of transgenic mice, although the numbers of young neurons was not changed. Together the results suggest that GIP receptors play an important role in cognition, neurotransmission, and cell proliferation.

A model for the evolution of reinforcement learning in fluctuating games

Many species are able to learn to associate behaviours with rewards as this gives fitness advantages in changing environments. Social interactions between population members may, however, require more cognitive abilities than simple trial-and-error learning, in particular the capacity to make accurate hypotheses about the material payoff consequences of alternative action combinations. It is unclear in this context whether natural selection necessarily favours individuals to use information about payoffs associated with nontried actions (hypothetical payoffs), as opposed to simple reinforcement of realized payoff. Here, we develop an evolutionary model in which individuals are genetically determined to use either trial-and-error learning or learning based on hypothetical reinforcements, and ask what is the evolutionarily stable learning rule under pairwise symmetric two-action stochastic repeated games played over the individual's lifetime. We analyse through stochastic approximation theory and simulations the learning dynamics on the behavioural timescale, and derive conditions where trial-and-error learning outcompetes hypothetical reinforcement learning on the evolutionary timescale. This occurs in particular under repeated cooperative interactions with the same partner. By contrast, we find that hypothetical reinforcement learners tend to be favoured under random interactions, but stable polymorphisms can also obtain where trial-and-error learners are maintained at a low frequency. We conclude that specific game structures can select for trial-and-error learning even in the absence of costs of cognition, which illustrates that cost-free increased cognition can be counterselected under social interactions.

L-histidine enhances learning in stressed zebrafish

The aim of the present study was to determine the effect of the histaminergic precursor L-histidine and the H3 receptor antagonist thioperamide on the learning process of zebrafish submitted or not to confinement stress. On each of the 5 consecutive days of experiment (D1, D2, D3, D4, D5), animals had to associate an interruption of the aquarium air supply with food offering. Non-stressed zebrafish received an intraperitoneal injection of 100 mg/kg L-histidine, 10 mg/kg thioperamide or saline after training. Stressed animals received drug treatment and then were submitted to confinement stress for 1 h before the learning procedure. Time to approach the feeder was measured (in seconds) and was considered to be indicative of learning. A decrease in time to approach the feeder was observed in the saline-treated group (D1 = 141.92 ± 13.57; D3 = 55 ± 13.54), indicating learning. A delay in learning of stressed animals treated with saline was observed (D1 = 217.5 ± 25.66). L-histidine facilitated learning in stressed (D1 = 118.68 ± 13.9; D2 = 45.88 ± 8.2) and non-stressed (D1 = 151.11 ± 19.20; D5 = 62 ± 14.68) animals. Thioperamide inhibited learning in non-stressed (D1 = 110.38 ± 9.49; D4 = 58.79 ± 16.83) and stressed animals (D1 = 167.3 ± 26.39; D5 = 172.15 ± 27.35). L-histidine prevented the increase in blood glucose after one session of confinement (L-histidine = 65.88 ± 4.50; control = 53 ± 3.50 mg/dL). These results suggest that the histaminergic system enhances learning and modulates stress responses in zebrafish.

Acquisition and transfer of experiential learning from rock climbing to the corporate workplace

There were three purposes to this study. The first purpose was to determine how learning can be influenced by various factors i~ the rock climbing experience. The second purpose was to examine what people can learn from the rock climbing experience. The third purpose was to investigate whether that learning can transfer from the rock climbing experience to the subjects' real life in the workplace. Ninety employees from a financial corporation in the Niagara Region volunteered for this study. All subjects were surveyed throughout a one-day treatment. Ten were purposefully selected one month later for interviews. Ten themes emerged from the subjects in terms of what was learned. Inspiration, motivation, and determination, preparation, goals and limitations, perceptions and expectations, confidence and risk taking, trust and support, teamwork, feedback and encouragement, learning from failure, and finally, skills and flow. All participants were able to transfer what was learned back to the workplace. The results of this study suggested that subjects' learning was influenced by their ability to: take risks in a safe environment, fail without penalty, support each other, plan without time constraints, and enjoy the company of fellow workers that they wouldn't normally associate with. Future directions for research should include different types of treatments such as white water rafting, sky diving, tall ship sailing, or caving.

The generation effect and word learning: a test of the effect of the language experience approach versus the text approach in the acquisition of new reading vocabulary

A class of twenty-two grade one children was tested to determine their reading levels using the Stanford Diagnostic Reading Achievement Test. Based on these results and teacher input the students were paired according to reading ability. The students ages ranged from six years four months to seven years four months at the commencement of the study. Eleven children were assigned to the language experience group and their partners became the text group. Each member of the language experience group generated a list of eight to be learned words. The treatment consisted of exposing the student to a given word three times per session for ten sessions, over a period of five days. The dependent variables consisted of word identification speed, word identification accuracy, and word recognition accuracy. Each member of the text group followed the same procedure using his/her partner's list of words. Upon completion of this training, the entire process was repeated with members of the text group from the first part becoming members of the language experience group and vice versa. The results suggest that generally speaking language experience words are identified faster than text words but that there is no difference in the rate at which these words are learned. Language experience words may be identified faster because the auditory-semantic information is more readily available in them than in text words. The rate of learning in both types of words, however, may be dictated by the orthography of the to be learned word.

The effects of consistency and inconsistency between attentional focus and task objective in learning a golf putting task

Converging evidence has demonstrated learning advantages when an individual is instructed to focus their attention externally. However, many of the motor tasks utilized in past research had clear external objectives (i.e., putting accuracy), creating a compatible relationship between an external focus of attention (i.e., outcome) and an external task objective (i.e., putting accuracy). The present study examined whether or not the consistency of instructions and task objective would differentially impact the acquisition of a golf putting task. Participants performed a putting task in a control condition or in one of four experimental conditions resulting from the factorial interaction of task instructions (internal or external) and task objective (internal or external). The retention and transfer data revealed that participants who received an external task objective demonstrated superior outcome scores. Participants who received technique information paired with outcome information demonstrated superior technique scores.

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

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

Autistic traits moderate the impact of reward learning on social behaviour

A deficit in empathy has been suggested to underlie social behavioural atypicalities in autism. A parallel theoretical account proposes that reduced social motivation (i.e., low responsivity to social rewards) can account for the said atypicalities. Recent evidence suggests that autistic traits modulate the link between reward and proxy metrics related to empathy. Using an evaluative conditioning paradigm to associate high and low rewards with faces, a previous study has shown that individuals high in autistic traits show reduced spontaneous facial mimicry of faces associated with high vs. low reward. This observation raises the possibility that autistic traits modulate the magnitude of evaluative conditioning. To test this, we investigated (a) if autistic traits could modulate the ability to implicitly associate a reward value to a social stimulus (reward learning/conditioning, using the Implicit Association Task, IAT); (b) if the learned association could modulate participants’ prosocial behaviour (i.e., social reciprocity, measured using the cyberball task); (c) if the strength of this modulation was influenced by autistic traits. In 43 neurotypical participants, we found that autistic traits moderated the relationship of social reward learning on prosocial behaviour but not reward learning itself. This evidence suggests that while autistic traits do not directly influence social reward learning, they modulate the relationship of social rewards with prosocial behaviour

Rats' Learned Preferences for Flavors Encountered Early or Late in a Meal Paired with the Postingestive Effects of Glucose

Rats learn to prefer flavors that are followed by postingestive effects of nutrients. This experiment investigated whether the timing of a flavor (specifically, in the first or second half of the meal) influences learning about that flavor. Stronger learning about earlier or later flavorswould indicate when the rewarding postingestive effects of nutrients are sensed. Ratswith intragastric (IG) catheters drank saccharin-sweetened, calorically-dilute solutions with distinct flavors added, accompanied by IG infusion of glucose (+sessions) or water (−sessions). In both types of sessions, an “Early” flavorwas provided for the first 8 min and a “Late” flavor for the last 8 min. Thus, rats were trained with Early(+) and Late(+) in high-caloriemeals, and Early(−) and Late(−) in low-calorie meals. Strength of the learned preference for Early(+) and Late(+) was then assessed in a series of two-bottle choice tests between Early(+) vs. Early(−), Late(+) vs. Late(−), Early(+) vs. Late(+), and Early(−) vs. Late(−). Rats preferred both Early(+) and Late(+) over the respective (−) flavors. But Early(+)was only preferredwhen rats were tested hungry. Late(+) was preferred when rats were tested hungry or recently satiated. This indicates qualitatively different associations learned about flavors at different points in themeal.While not supporting the idea that postingestive effects become most strongly associated with later-occurring (“dessert”) flavors, it does suggest a reason dessert flavors may remain attractive in the absence of hunger.

Neural analogs of associative learning in {\it Aplysia\/}: Experimental and theoretical approaches

A change in synaptic strength arising from the activation of two neuronal pathways at approximately the same time is a form of associative plasticity and may underlie classical conditioning. Previously, a cellular analog of a classical conditioning protocol has been demonstrated to produce short-term associative plasticity at the connections between sensory and motor neurons in Aplysia. A similar training protocol produced long-term (24 hour) enhancement of excitatory postsynaptic potentials (EPSPs). EPSPs produced by sensory neurons in which activity was paired with a reinforcing stimulus were significantly larger than unpaired controls 24 hours after training. To examined whether the associative plasticity observed at these synapses may be involved in higher-order forms of classical conditioning, a neural analog of contingency was developed. In addition, computer simulations were used to analyze whether the associative plasticity observed in Aplysia could, in theory, account for second-order conditioning and blocking. ^