Dressurexperimente zur Unterscheidungsfähigkeit zwischen weißem Licht und Spektralfarben beim Goldfisch

Der Goldfisch besitzt, im Gegensatz zum Menschen, ein tetrachromatisches Farbensehsystem, das außerordentlich gut untersucht ist. Die Farben gleicher Helligkeit lassen sich hier in einem dreidimensionalen Tetraeder darstellen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es herauszufinden, wie gut der Goldfisch Farben, die dem Menschen ungesättigt erscheinen und im Inneren des Farbtetraeders liegen, unterscheiden kann. Des Weiteren stellte sich die Frage, ob sowohl „Weiß“ (ohne UV) als auch Xenonweiß (mit UV) vom Fisch als „unbunt“ oder „neutral“ wahrgenommenen werden. Um all dies untersuchen zu können, musste ein komplexer Versuchsaufbau entwickelt werden, mit dem den Fischen monochromatische und mit Weiß gemischte Lichter gleicher Helligkeit, sowie Xenonweiß gezeigt werden konnte. Die Fische erlernten durch operante Konditionierung einen Dressurstimulus (monochromatisches Licht der Wellenlängen 660 nm, 599 nm, 540 nm, 498 nm oder 450 nm) von einem Vergleichsstimulus (Projektorweiß) zu unterscheiden. Im Folgenden wurde dem Vergleichstimulus in 10er-Schritten immer mehr der jeweiligen Dressurspektralfarbe beigemischt, bis die Goldfische keine sichere Wahl für den Dressurstimulus mehr treffen konnten. Die Unterscheidungsleistung der Goldfische wurde mit zunehmender Beimischung von Dressurspektralfarbe zum Projektorweiß immer geringer und es kristallisierte sich ein Bereich in der Grundfläche des Tetraeders heraus, in dem die Goldfische keine Unterscheidung mehr treffen konnten. Um diesen Bereich näher zu charakterisieren, bekamen die Goldfische Mischlichter, bei denen gerade keine Unterscheidung mehr zum Projektorweiß möglich war, in Transfertests gezeigt. Da die Goldfische diese Mischlichter nicht voneinander unterscheiden konnten, läßt sich schließen, dass es einen größeren Bereich gibt, der, ebenso wie Weiß (ohne UV) für den Goldfisch „neutral“ erscheint. Wenn nun Weiß (ohne UV) für den Goldfisch „neutral“ erscheint, sollte es dem Xenonweiß ähnlich sein. Die Versuche zeigten allerdings, dass die Goldfische die Farben Weiß (ohne UV) und Xenonweiß als verschieden wahrnehmen. Betrachtet man die Sättigung für die Spektralfarben, so zeigte sich, dass die Spektralfarbe 540 nm für den Goldfisch am gesättigsten, die Spektralfarbe 660 nm am ungesättigsten erscheint.

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.

The Expression Of Motor Planning In Squirrel Monkeys (Saimiri sciureus) And Brown Capuchins (Cebus apella)

Multiple recent studies provide evidence that both human and nonhuman primates possess motor planning abilities. I tested for the demonstration of motor planning in two previously untested primate species through two experiments. In the first experiment, I compared the extent to which squirrel monkeys (Saimiri sciureus) and brown capuchins (Cebus apella) plan their movements in a grasping task. Individuals were presented with an inverted cup that required being turned and held upright in order to extract a food reward from the inside of the cup. This task was most efficiently solved by using an initially awkward inverted grasp that affords a comfortable hand and arm orientation at the end of the movement (known as end-state comfort). While certain individuals from both species exhibited end-state comfort, many of the capuchins never demonstrated this type of motor planning. Furthermore, the squirrel monkeys used the efficient grasp significantly more than the capuchins. In the second experiment, I presented the capuchins with another grasping task to test if they would express motor planning abilities in a different context. Here, the capuchins were offered a dowel that was baited on either the left or right end. A radial grasp with the thumb pointing towards the baited end was considered to be the most efficient grasp because it afforded a comfortable final position. The capuchins switched hands and used an overhand radial grasp on the dowel significantly more often than not, thus demonstrating motor planning in this task. The grasps typically utilized by these two closely related species differ considerably in that capuchins are capable of exercising precision grips, whereas squirrel monkeys are limited to whole-handed power grips. Moreover, unlike capuchins, squirrel monkeys are not particularly dexterous nor are they capable of precise manipulative actions. It is therefore more beneficial for squirrel monkeys to plan their movements efficiently because they are less capable of compensating for inappropriate initial grasps. Due to the appreciable variability in the expression of motor planning skills across species, I proposed that morphological constraints might explain the observed discrepancies in movement planning among different primate species.

Investigation of Rudimentary Meta-Cognition in Lion-Tailed Macaques and Tufted Capuchins

Meta-cognition, or "thinking about thinking," has been studied extensively in humans, but very little is known about the process in animals. Although great apes and rhesus macaques (Macaca mulatta) have demonstrated multiple apparently meta-cognitive abilities, other species have either been largely ignored or failed to convincingly display meta-cognitive traits. Recent work by Marsh, however, raised the possibility that some species may possess rudimentary or partial forms of meta-cognition. This thesis sought to further investigate this possibility by running multiple comparative experiments. The goal of the first study was to examine whether lion-tailed macaques, a species that may have a rudimentary form of meta-cognition, are able to use an uncertainty response adaptively, and if so, whether they could use the response flexibly when the stimuli for which the subjects should be uncertain changed. The macaques' acquisition of the initial discrimination task is ongoing, and as such there were not yet data to support a conclusion either way. In the second study, tufted capuchins were required to locate a food reward hidden beneath inverted cups that sat on a Plexiglas tray. In some conditions the capuchins were shown where the food was hidden, in others they could infer its location, and in yet others they were not given information about the location of the food. On all trials, however, capuchins could optionally seek additional information by looking up through the Plexiglas into the cups. In general, capuchins did this less often when they were shown the food reward, but not when they could infer the reward's location. These data suggest capuchins only meta-cognitively control their information seeking in some conditions, and thus, add support to the potential for a rudimentary form of meta-cognition. In convergence with other studies, these results may represent early models for rudimentary meta-cognition, although viable alternative explanations still remain.

Impaired memory and olfactory performance in NaSi-1 sulphate transporter deficient mice

In the present study, NaSi-l sulphate transporter knock-out (Nas1-/-) mice, an animal model of hyposulphataernia, were examined for spatial memory and learning in a Morris water maze, and for olfactory function in a cookie test. The Nas1-/- mice displayed significantly (P < 0.05) increased latencies to find an escape platform in the reversal teaming trials at 2 days but not 1 day after the last acquisition trial in a Morris water maze test. suggesting that Nas1-/- mice may have proactive memory interference. While the wild-type (Ncis1+/+) mice showed a significant (P < 0.02) decrease in time to locate a hidden food reward over four trials after overnight fasting, Nas1-/- mice did not change their performance, resulting in significantly (P < 0.05) higher latencies when compared to their Nas1+/+ littermates. There were no significant differences between Nas1-/- and Nas1+/+ mice in the cookie test after moderate food deprivation. In addition, both Nas1-/- and Nas1+/+ mice displayed similar escape latencies in the acquisition phase of the Morris water maze test, suggesting that learning, motivation, vision and motor skills required for the task may not be affected in Nas1-/- mice. This is the first study to demonstrate an impairment in memory and olfactory performance in the hyposulphataemic Nas1-/- mouse. (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Tomada de decisão individual e aprendizado em Dinoponera quadríceps (Ponerinae, Hymenoptera) forrageando em ambientes dinâmicos

When searching for food, animals often make decisions of where to go, how long to stay in a foraging area and whether or not to return to the last visited spot. These decisions can be enhanced by cognitive traits and adjusted based on previous experience. In social insects such as ants, foraging efficiency have an impact on both individual and colony level. The present study investigated, in the laboratory, the effect of distance from food, capture success and food size, and reward rate on decisions of where to forage in Dinoponera quadriceps, a ponerine ant that forage solitarily and individually make their foraging decisions. We also investigated the influence of learning on the performance of workers over successive trips searching for food by measuring the patch residence time in each foraging trip. Four scenarios were created differing in food reward rates, food size offered and distances colony-food site. Our work has shown that as a rule-of-thumb, workers of D. quadriceps return to the place where a prey item was found on the previous trip, regardless of distance, food size and reward rate. When ants did not capture preys, they were more likely to change path to search for food. However, in one of the scenarios, this decision to switch paths when unsuccessful was less evident, possibly due to the greater variation of possible outcomes ants could experience in this scenario and cognitive constraints of D. quadriceps to predict variations of food distribution. Our results also indicated a learning process of routes of exploration as well as the food site conditions for exploration. After repeated trips, foragers reduced the patch residence time in areas that they did not capture food and quickly changed of foraging area, increasing their foraging efficiency.

Le rôle des acides gras oméga-3 sur la balance énergétique, la régulation de l’appétit, l’état émotionnel et l’implication du récepteur GPR120

L’obésité est un facteur de risque lié à des problèmes physiques, émotionnels et comportementaux. Aujourd’hui, l’alimentation est composée d’un régime typiquement occidental «Western diet» qui est riche en acides gras saturés (AGS) et pauvre en acides gras polyinsaturés (AGPI) tel que les oméga-3 (N-3) et occasionnant un déséquilibre du ratio alimentaire N-6/N-3. Ce déséquilibre est une des causes de la prévalence des maladies mentales y compris celles des troubles de l'humeur et de l’anxiété. L’acide docosahexaénoïque (ADH, 22: 6 n-3) est l’acide gras (AG) le plus abondant dans le cerveau et son accumulation est particulièrement élevée pendant la période périnatale. Il joue un rôle important dans le développement neuronal et d'autres fonctions du cerveau tel l'apprentissage et la mémoire. Des perturbations de l’environnement périnatal peuvent influencer à très long terme l’avenir de la descendance en la rendant plus susceptible de développer des problèmes d’obésité dans un contexte nutritionnel riche. On ignore cependant si le déficit alimentaire chez la mère et particulièrement en ADH aura un impact sur la motivation alimentaire de la progéniture. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier le rôle potentiel des N-3 sur la balance énergétique, la motivation alimentaire, la dépression et le niveau d’anxiété des descendants de souris mâles adultes assujetties à une alimentation riche en gras. Nos données ont démontré qu‘un régime maternel déficitaire en ADH durant la période périnatale incitait la descendance à fournir plus d’effort afin d’obtenir un aliment palatable. Ceci entraînerait un dérèglement de l’homéostasie énergétique en augmentant le gain de poids et en diminuant l’activité locomotrice tout en exacerbant le comportement de type anxieux dès que les souris sont exposées à un milieu obésogène. Les acides gras libres (AGL) sont des nutriments essentiels fonctionnant comme des molécules de signalisation dans le cerveau en ayant des récepteurs qui jouent un rôle important dans le contrôle du métabolisme énergétique. Parmi eux, on distingue un récepteur couplé à la protéine G (GPCR), le GPR120. Ce récepteur activé par les AGPI ω-3 intervient dans les mécanismes anti-inflammatoires et insulino-résistants via les N-3. Une mutation dans le gène GPR120 occasionnée par une réduction de l’activité de signalisation du gène est liée à l’obésité humaine. L'objectif premier de cette deuxième étude était d’évaluer l'impact de la stimulation pharmacologique de GPR120 dans le système nerveux central (SNC) sur l'alimentation, les dépenses d'énergie, le comportement de type anxieux et la récompense alimentaire. Nos résultats démontrent qu’une injection centrale aiguë d'agoniste GPR120 III réduit la prise alimentaire ad libitum et la motivation alimentaire pour un aliment riche en gras et en sucre; ainsi que les comportements de type anxieux. L’injection centrale chronique (21 jours) de ce même agoniste GPR120 III transmis par une pompe osmotique a démontré que les souris placées sous diète hypercalorique (HFD n’ont présenté aucune modification lors de la prise alimentaire ni de gain de poids mais qu’il y avait comparativement au groupe de véhicule, une réduction du comportement de type anxieux, que ce soit dans le labyrinthe en croix surélevé (LCS) ou dans le test à champ ouvert (OFT). L’ADH est reconnu pour ses propriétés anorexigènes au niveau central. De plus, la stimulation des récepteurs de GPR120 au niveau du cerveau avec un agoniste synthétique peut produire un effet intense intervenir sur le comportement lié à l'alimentation des rongeurs. Trouver une approche visant à contrôler à la fois la neuroinflammation, la récompense alimentaire et les troubles émotionnels aiderait assurément au traitement de l'obésité et du diabète de type 2.

Différences liées à la récompense alimentaire, au statut pondéral et aux comportements alimentaires chez la femme

Ce mémoire présente mon projet de maîtrise dont l’objectif était d’étudier les associations entre la récompense alimentaire à l’égard des aliments riches en gras et en sucres, le statut pondéral et les comportements alimentaires. Cent cinquante femmes de poids normal ou obèses ont été invitées à compléter deux questionnaires : un sur la récompense alimentaire (plaisir explicite, motivation explicite et motivation implicite) et l’autre sur les comportements alimentaires [restriction cognitive (totale, flexible et rigide), désinhibition (totale, habituelle, émotionnelle et situationnelle) et susceptibilité à la faim (totale, interne et externe)]. Aucune association n’a été observée entre la récompense alimentaire et le statut pondéral. Toutefois, un plaisir et une motivation explicites plus importants pour les aliments en général ont été notés chez les femmes avec un score plus élevé de restriction flexible. De plus, une motivation implicite plus importante pour les aliments riches en gras tendait à être associée avec un score plus élevé de susceptibilité émotionnelle à la désinhibition et a été associée significativement avec un score plus élevé de faim externe. Ces résultats suggèrent que les comportements alimentaires ont une plus grande influence sur la récompense alimentaire que le statut pondéral.

How task format affects cognitive performance: a memory test with two species of New World monkeys

In cognitive tests, animals are often given a choice between two options and obtain a reward if they choose correctly. We investigated whether task format affects subjects' performance in a physical cognition test. In experiment 1, a two-choice memory test, 15 marmosets, Callithrix jacchus, had to remember the location of a food reward over time delays of increasing duration. We predicted that their performance would decline with increasing delay, but this was not found. One possible explanation was that the subjects were not sufficiently motivated to choose correctly when presented with only two options because in each trial they had a 50% chance of being rewarded. In experiment 2, we explored this possibility by testing eight naïve marmosets and seven squirrel monkeys, Saimiri sciureus, with both the traditional two-choice and a new nine-choice version of the memory test that increased the cost of a wrong choice. We found that task format affected the monkeys' performance. When choosing between nine options, both species performed better and their performance declined as delays became longer. Our results suggest that the two-choice format compromises the assessment of physical cognition, at least in memory tests with these New World monkeys, whereas providing more options, which decreases the probability of obtaining a reward when making a random guess, improves both performance and measurement validity of memory. Our findings suggest that two-choice tasks should be used with caution in comparisons within and across species because they are prone to motivational biases.

Le rôle des acides gras oméga-3 sur la balance énergétique, la régulation de l’appétit, l’état émotionnel et l’implication du récepteur GPR120

L’obésité est un facteur de risque lié à des problèmes physiques, émotionnels et comportementaux. Aujourd’hui, l’alimentation est composée d’un régime typiquement occidental «Western diet» qui est riche en acides gras saturés (AGS) et pauvre en acides gras polyinsaturés (AGPI) tel que les oméga-3 (N-3) et occasionnant un déséquilibre du ratio alimentaire N-6/N-3. Ce déséquilibre est une des causes de la prévalence des maladies mentales y compris celles des troubles de l'humeur et de l’anxiété. L’acide docosahexaénoïque (ADH, 22: 6 n-3) est l’acide gras (AG) le plus abondant dans le cerveau et son accumulation est particulièrement élevée pendant la période périnatale. Il joue un rôle important dans le développement neuronal et d'autres fonctions du cerveau tel l'apprentissage et la mémoire. Des perturbations de l’environnement périnatal peuvent influencer à très long terme l’avenir de la descendance en la rendant plus susceptible de développer des problèmes d’obésité dans un contexte nutritionnel riche. On ignore cependant si le déficit alimentaire chez la mère et particulièrement en ADH aura un impact sur la motivation alimentaire de la progéniture. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier le rôle potentiel des N-3 sur la balance énergétique, la motivation alimentaire, la dépression et le niveau d’anxiété des descendants de souris mâles adultes assujetties à une alimentation riche en gras. Nos données ont démontré qu‘un régime maternel déficitaire en ADH durant la période périnatale incitait la descendance à fournir plus d’effort afin d’obtenir un aliment palatable. Ceci entraînerait un dérèglement de l’homéostasie énergétique en augmentant le gain de poids et en diminuant l’activité locomotrice tout en exacerbant le comportement de type anxieux dès que les souris sont exposées à un milieu obésogène. Les acides gras libres (AGL) sont des nutriments essentiels fonctionnant comme des molécules de signalisation dans le cerveau en ayant des récepteurs qui jouent un rôle important dans le contrôle du métabolisme énergétique. Parmi eux, on distingue un récepteur couplé à la protéine G (GPCR), le GPR120. Ce récepteur activé par les AGPI ω-3 intervient dans les mécanismes anti-inflammatoires et insulino-résistants via les N-3. Une mutation dans le gène GPR120 occasionnée par une réduction de l’activité de signalisation du gène est liée à l’obésité humaine. L'objectif premier de cette deuxième étude était d’évaluer l'impact de la stimulation pharmacologique de GPR120 dans le système nerveux central (SNC) sur l'alimentation, les dépenses d'énergie, le comportement de type anxieux et la récompense alimentaire. Nos résultats démontrent qu’une injection centrale aiguë d'agoniste GPR120 III réduit la prise alimentaire ad libitum et la motivation alimentaire pour un aliment riche en gras et en sucre; ainsi que les comportements de type anxieux. L’injection centrale chronique (21 jours) de ce même agoniste GPR120 III transmis par une pompe osmotique a démontré que les souris placées sous diète hypercalorique (HFD n’ont présenté aucune modification lors de la prise alimentaire ni de gain de poids mais qu’il y avait comparativement au groupe de véhicule, une réduction du comportement de type anxieux, que ce soit dans le labyrinthe en croix surélevé (LCS) ou dans le test à champ ouvert (OFT). L’ADH est reconnu pour ses propriétés anorexigènes au niveau central. De plus, la stimulation des récepteurs de GPR120 au niveau du cerveau avec un agoniste synthétique peut produire un effet intense intervenir sur le comportement lié à l'alimentation des rongeurs. Trouver une approche visant à contrôler à la fois la neuroinflammation, la récompense alimentaire et les troubles émotionnels aiderait assurément au traitement de l'obésité et du diabète de type 2.

A model of increased impulsivity in rats with bilateral parkinsonism treated with Pramipexole

Impulse control disorders (ICD) is a common side effect of the dopaminergic treatment in patients with Parkinson's disease, which is more associated with dopamine agonists than with levodopa. To understand its pathophysiology, reliable animal models are essential. Using the variable delay-to-signal (VDS) paradigm, impulsivity was evaluated in bilateral parkinsonian rats treated with pramipexole (PPX). In this test, rats have to introduce the snout into a nose poke that is signaled by a light (presented at variable delays) triggering the delivery of a food reward after a correct response. Reaching a stable baseline performance, a partial bilateral dopaminergic lesion with 6-OHDA was induced in the dorsolateral striatum (AP: +1mm, L: ±3.4mm, V:-4.7 mm, Bregma). Rats undertook the VDS test under 5 conditions: basal state, 6-OHDA-induced lesion, the effect of two doses of PPX (0,25mg/kg and 3mg/kg; Latin-square design), and the day after the last dose of PPX. Only the acute administration of 3 mg/kg of PPX significantly rised the number of premature responses, indicating an increase of impulsive behavior, in parkinsonian but not in sham rats. Both doses of PPX significantly decreased the accuracy of responding (correct/total number of responses) and increased the incorrect and perseverative (compulsive behavior) responses in both parkinsonian and sham treated groups when compared with saline-treated groups. In conclusion, PPX induced attention deficit (lack of accuracy) as well as compulsive behavior in control and parkinsonian rats, but increased impulsivity only in the parkinsonian animals. This model could constitute a valid tool to investigate the pathophysiology of ICD.

Mechanisms Of Insulin Resistance In The Amygdala: Influences On Food Intake.

Obesity is increasing worldwide and is triggered, at least in part, by enhanced caloric intake. Food intake is regulated by a complex mechanism involving the hypothalamus and hindbrain circuitries. However, evidences have showing that reward systems are also important in regulating feeding behavior. In this context, amygdala is considered a key extra-hypothalamic area regulating feeding behavior in human beings and rodents. This review focuses on the regulation of food intake by amygdala and the mechanisms of insulin resistance in this brain area. Similar to the hypothalamus the anorexigenic effect of insulin is mediated via PI3K (phosphoinositide 3-kinase)/Akt (protein kinase B) pathway in the amygdala. Insulin decreases NPY (neuropeptide Y) and increases oxytocin mRNA levels in the amygdala. High fat diet and saturated fatty acids induce inflammation, ER (endoplasmic reticulum) stress and the activation of serine kinases such as PKCθ (protein kinase C theta), JNK (c-Jun N-terminal kinase) and IKKβ (inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase beta) in the amygdala, which have an important role in insulin resistance in this brain region. Overexpressed PKCθ in the CeA (central nucleus of amygdala) of rats increases weight gain, food intake, insulin resistance and hepatic triglycerides content. The inhibition of ER stress ameliorates insulin action/signaling, increases oxytocin and decreases NPY gene expression in the amygdala of high fat feeding rodents. Those data suggest that PKCθ and ER stress are main mechanisms of insulin resistance in the amygdala of obese rats and play an important role regulating feeding behavior.

Visual representation of food in the brain : effects of repeated exposure and gut hormone secretion

The thesis at hand is concerned with the spatio-temporal brain mechanisms of visual food perception as investigated by electrical neuroimaging. Due to the increasing prevalence of obesity and its associated challenges for public health care, there is a need to better understand behavioral and brain processes underlying food perception and food-based decision-making. The first study (Study A) of this thesis was concerned with the role of repeated exposure to visual food cues. In our everyday lives we constantly and repeatedly encounter food and these exposures influence our food choices and preferences. In Study A, we therefore applied electrical neuroimaging analyses of visual evoked potentials to investigate the spatio-temporal brain dynamics linked to the repeated viewing of high- and low-energy food cues (published manuscript: "The role of energetic value in dynamic brain response adaptation during repeated food image viewing" (Lietti et al., 2012)). In this study, we found that repetitions differentially affect behavioral and brain mechanisms when high-energy, as opposed to low-energy foods and non-food control objects, were viewed. The representation of high-energy food remained invariant between initial and repeated exposures indicating that the sight of high-energy dense food induces less behavioral and neural adaptation than the sight of low-energy food and non-food control objects. We discuss this finding in the context of the higher salience (due to greater motivation and higher reward or hedonic valuation) of energy- dense food that likely generates a more mnemonically stable representation. In turn, this more invariant representation of energy-dense food is supposed to (partially) explain why these foods are over-consumed despite of detrimental health consequences. In Study Β we investigated food responsiveness in patients who had undergone Roux-en-Y gastric bypass surgery to overcome excessive obesity. This type of gastric bypass surgery is not only known to alter food appreciation, but also the secretion patterns of adipokines and gut peptides. Study Β aimed at a comprehensive and interdisciplinary investigation of differences along the gut-brain axis in bypass-operated patients as opposed to weight-matched non-operated controls. On the one hand, the spatio-temporal brain dynamics to the visual perception of high- vs. low-energy foods under differing states of motivation towards food intake (i.e. pre- and post-prandial) were assessed and compared between groups. On the other hand, peripheral gut hormone measures were taken in pre- and post-prandial nutrition state and compared between groups. In order to evaluate alterations in the responsiveness along the gut-brain-axis related to gastric bypass surgery, correlations between both measures were compared between both participant groups. The results revealed that Roux-en- Y gastric bypass surgery alters the spatio-temporal brain dynamics to the perception of high- and low-energy food cues, as well as the responsiveness along the gut-brain-axis. The potential role of these response alterations is discussed in relation to previously observed changes in physiological factors and food intake behavior post-Roux-en-Y gastric bypass surgery. By doing so, we highlight potential behavioral, neural and endocrine (i.e. gut hormone) targets for the future development of intervention strategies for deviant eating behavior and obesity. Together, the studies showed that the visual representation of foods in the brain is plastic and that modulations in neural activity are already noted at early stages of visual processing. Different factors of influence such as a repeated exposure, Roux-en-Y gastric bypass surgery, motivation (nutrition state), as well as the energy density of the visually perceived food were identified. En raison de la prévalence croissante de l'obésité et du défi que cela représente en matière de santé publique, une meilleure compréhension des processus comportementaux et cérébraux liés à la nourriture sont nécessaires. En particulier, cette thèse se concentre sur l'investigation des mécanismes cérébraux spatio-temporels liés à la perception visuelle de la nourriture. Nous sommes quotidiennement et répétitivement exposés à des images de nourriture. Ces expositions répétées influencent nos choix, ainsi que nos préférences alimentaires. La première étude (Study A) de cette thèse investigue donc l'impact de ces exposition répétée à des stimuli visuels de nourriture. En particulier, nous avons comparé la dynamique spatio-temporelle de l'activité cérébrale induite par une exposition répétée à des images de nourriture de haute densité et de basse densité énergétique. (Manuscrit publié: "The role of energetic value in dynamic brain response adaptation during repeated food image viewing" (Lietti et al., 2012)). Dans cette étude, nous avons pu constater qu'une exposition répétée à des images représentant de la nourriture de haute densité énergétique, par opposition à de la nourriture de basse densité énergétique, affecte les mécanismes comportementaux et cérébraux de manière différente. En particulier, la représentation neurale des images de nourriture de haute densité énergétique est similaire lors de l'exposition initiale que lors de l'exposition répétée. Ceci indique que la perception d'images de nourriture de haute densité énergétique induit des adaptations comportementales et neurales de moindre ampleur par rapport à la perception d'images de nourriture de basse densité énergétique ou à la perception d'une « catégorie contrôle » d'objets qui ne sont pas de la nourriture. Notre discussion est orientée sur les notions prépondérantes de récompense et de motivation qui sont associées à la nourriture de haute densité énergétique. Nous suggérons que la nourriture de haute densité énergétique génère une représentation mémorielle plus stable et que ce mécanisme pourrait (partiellement) être sous-jacent au fait que la nourriture de haute densité énergétique soit préférentiellement consommée. Dans la deuxième étude (Study Β) menée au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux mécanismes de perception de la nourriture chez des patients ayant subi un bypass gastrique Roux- en-Y, afin de réussir à perdre du poids et améliorer leur santé. Ce type de chirurgie est connu pour altérer la perception de la nourriture et le comportement alimentaire, mais également la sécrétion d'adipokines et de peptides gastriques. Dans une approche interdisciplinaire et globale, cette deuxième étude investigue donc les différences entre les patients opérés et des individus « contrôles » de poids similaire au niveau des interactions entre leur activité cérébrale et les mesures de leurs hormones gastriques. D'un côté, nous avons investigué la dynamique spatio-temporelle cérébrale de la perception visuelle de nourriture de haute et de basse densité énergétique dans deux états physiologiques différent (pre- et post-prandial). Et de l'autre, nous avons également investigué les mesures physiologiques des hormones gastriques. Ensuite, afin d'évaluer les altérations liées à l'intervention chirurgicale au niveau des interactions entre la réponse cérébrale et la sécrétion d'hormone, des corrélations entre ces deux mesures ont été comparées entre les deux groupes. Les résultats révèlent que l'intervention chirurgicale du bypass gastrique Roux-en-Y altère la dynamique spatio-temporelle de la perception visuelle de la nourriture de haute et de basse densité énergétique, ainsi que les interactions entre cette dernière et les mesures périphériques des hormones gastriques. Nous discutons le rôle potentiel de ces altérations en relation avec les modulations des facteurs physiologiques et les changements du comportement alimentaire préalablement déjà démontrés. De cette manière, nous identifions des cibles potentielles pour le développement de stratégies d'intervention future, au niveau comportemental, cérébral et endocrinien (hormones gastriques) en ce qui concerne les déviances du comportement alimentaire, dont l'obésité. Nos deux études réunies démontrent que la représentation visuelle de la nourriture dans le cerveau est plastique et que des modulations de l'activité neurale apparaissent déjà à un stade très précoce des mécanismes de perception visuelle. Différents facteurs d'influence comme une exposition repetee, le bypass gastrique Roux-en-Y, la motivation (état nutritionnel), ainsi que la densité énergétique de la nourriture qui est perçue ont pu être identifiés.

The Endocannabinoid System as Pharmacological Target Derived from Its CNS Role in Energy Homeostasis and Reward. Applications in Eating Disorders and Addiction

The endocannabinoid system (ECS) has been implicated in many physiological functions, including the regulation of appetite, food intake and energy balance, a crucial involvement in brain reward systems and a role in psychophysiological homeostasis (anxiety and stress responses). We first introduce this important regulatory system and chronicle what is known concerning the signal transduction pathways activated upon the binding of endogenous cannabinoid ligands to the Gi/0-coupled CB1 cannabinoid receptor, as well as its interactions with other hormones and neuromodulators which can modify endocannabinoid signaling in the brain. Anorexia nervosa (AN) and bulimia nervosa (BN) are severe and disabling psychiatric disorders, characterized by profound eating and weight alterations and body image disturbances. Since endocannabinoids modulate eating behavior, it is plausible that endocannabinoid genes may contribute to the biological vulnerability to these diseases. We present and discuss data suggesting an impaired endocannabinoid signaling in these eating disorders, including association of endocannabinoid components gene polymorphisms and altered CB1-receptor expression in AN and BN. Then we discuss recent findings that may provide new avenues for the identification of therapeutic strategies based on the endocannabinod system. In relation with its implications as a reward-related system, the endocannabinoid system is not only a target for cannabis but it also shows interactions with other drugs of abuse. On the other hand, there may be also a possibility to point to the ECS as a potential target for treatment of drug-abuse and addiction. Within this framework we will focus on enzymatic machinery involved in endocannabinoid inactivation (notably fatty acid amide hydrolase or FAAH) as a particularly interesting potential target. Since a deregulated endocannabinoid system may be also related to depression, anxiety and pain symptomatology accompanying drug-withdrawal states, this is an area of relevance to also explore adjuvant treatments for improving these adverse emotional reactions.

The role of energetic value in dynamic brain response adaptation during repeated food image viewing.

The repeated presentation of simple objects as well as biologically salient objects can cause the adaptation of behavioral and neural responses during the visual categorization of these objects. Mechanisms of response adaptation during repeated food viewing are of particular interest for better understanding food intake beyond energetic needs. Here, we measured visual evoked potentials (VEPs) and conducted neural source estimations to initial and repeated presentations of high-energy and low-energy foods as well as non-food images. The results of our study show that the behavioral and neural responses to food and food-related objects are not uniformly affected by repetition. While the repetition of images displaying low-energy foods and non-food modulated VEPs as well as their underlying neural sources and increased behavioral categorization accuracy, the responses to high-energy images remained largely invariant between initial and repeated encounters. Brain mechanisms when viewing images of high-energy foods thus appear less susceptible to repetition effects than responses to low-energy and non-food images. This finding is likely related to the superior reward value of high-energy foods and might be one reason why in particular high-energetic foods are indulged although potentially leading to detrimental health consequences.