Efeito agudo da respiração abdominal lenta sobre a atividade cerebral, respostas emocionais e cardiovasculares

Introduction: Slow abdominal breathing (SAB) stimulates baroreflex and generates respiratory sinus arrhythmia, changing cardiovascular, emotional and cerebral systems acute and chronically. However, although meditative practices have been receiving increasingly attention in the last years, there is no agreement on the neurophysiological changes underlying them, mainly because of the lack of topographical pieces of information. Purpose: We aimed to analyze the acute effect of SAB on brain activity, emotional and cardiovascular responses in untrained subjects in meditative techniques. Methods: Seventeen healthy adults’ men were assessed into two different sessions in a random and crossed order. Into experimental session, they breathed in 6 cycles/minute and in control session they kept breathing in normal rate, both for 20 minutes. xi Before, during, and after each session we assessed brain activity using electroencephalography (EEG), anxiety, mood, heart rate variability (HRV) and blood pressure. The sLORETA software was used to analyze EEG data for source localization of brain areas in which activity was changed. Results: The sLORETA showed that beta band frequency was reduced in frontal gyrus (P<0.01) and anterior cingulate cortex (P<0.05) both during and after SAB (P<0.05) compared to the moment before it. There was no change in brain activity in control session. Additionally, a two-way repeated measures ANOVA showed that there was no effect on anxiety (P>0.8) and mood (P>0.08). There were improvements in HRV (P<0.03), with increased RR interval and decreased HR after SAB, as well as increased SDNN, RMSSD, pNN50, low frequency, LF/HF ratio, and total power during it, with no changes in SBP and DBP. Conclusions: We conclude that SAB is able to change brain activity in areas responsible for emotional processing, even without behavioral changes. Furthermore, SAB improves HRV and does not change blood pressure in normotensive.

Decision-Making in the Primate Brain

Making decisions is fundamental to everything we do, yet it can be impaired in various disorders and conditions. While research into the neural basis of decision-making has flourished in recent years, many questions remain about how decisions are instantiated in the brain. Here we explored how primates make abstract decisions and decisions in social contexts, as well as one way to non-invasively modulate the brain circuits underlying decision-making. We used rhesus macaques as our model organism. First we probed numerical decision-making, a form of abstract decision-making. We demonstrated that monkeys are able to compare discrete ratios, choosing an array with a greater ratio of positive to negative stimuli, even when this array does not have a greater absolute number of positive stimuli. Monkeys’ performance in this task adhered to Weber’s law, indicating that monkeys—like humans—treat proportions as analog magnitudes. Next we showed that monkeys’ ordinal decisions are influenced by spatial associations; when trained to select the fourth stimulus from the bottom in a vertical array, they subsequently selected the fourth stimulus from the left—and not from the right—in a horizontal array. In other words, they begin enumerating from one side of space and not the other, mirroring the human tendency to associate numbers with space. These and other studies confirmed that monkeys’ numerical decision-making follows similar patterns to that of humans, making them a good model for investigations of the neurobiological basis of numerical decision-making.

We sought to develop a system for exploring the neuronal basis of the cognitive and behavioral effects observed following transcranial magnetic stimulation, a relatively new, non-invasive method of brain stimulation that may be used to treat clinical disorders. We completed a set of pilot studies applying offline low-frequency repetitive transcranial magnetic stimulation to the macaque posterior parietal cortex, which has been implicated in numerical processing, while subjects performed a numerical comparison and control color comparison task, and while electrophysiological activity was recorded from the stimulated region of cortex. We found tentative evidence in one paradigm that stimulation did selectively impair performance in the number task, causally implicating the posterior parietal cortex in numerical decisions. In another paradigm, however, we manipulated the subject’s reaching behavior but not her number or color comparison performance. We also found that stimulation produced variable changes in neuronal firing and local field potentials. Together these findings lay the groundwork for detailed investigations into how different parameters of transcranial magnetic stimulation can interact with cortical architecture to produce various cognitive and behavioral changes.

Finally, we explored how monkeys decide how to behave in competitive social interactions. In a zero-sum computer game in which two monkeys played as a shooter or a goalie during a hockey-like “penalty shot” scenario, we found that shooters developed complex movement trajectories so as to conceal their intentions from the goalies. Additionally, we found that neurons in the dorsolateral and dorsomedial prefrontal cortex played a role in generating this “deceptive” behavior. We conclude that these regions of prefrontal cortex form part of a circuit that guides decisions to make an individual less predictable to an opponent.

Counteractive effects of antenatal glucocorticoid treatment on D1 receptor modulation of spatial working memory

RATIONALE: Antenatal exposure to the glucocorticoid dexamethasone dramatically increases the number of mesencephalic dopaminergic neurons in rat offspring. However, the consequences of this expansion in midbrain dopamine (DA) neurons for behavioural processes in adulthood are poorly understood, including working memory that depends on DA transmission in the prefrontal cortex (PFC). OBJECTIVES: We therefore investigated the influence of antenatal glucocorticoid treatment (AGT) on the modulation of spatial working memory by a D1 receptor agonist and on D1 receptor binding and DA content in the PFC and striatum. METHODS: Pregnant rats received AGT on gestational days 16-19 by adding dexamethasone to their drinking water. Male offspring reared to adulthood were trained on a delayed alternation spatial working memory task and administered the partial D1 agonist SKF38393 (0.3-3 mg/kg) by systemic injection. In separate groups of control and AGT animals, D1 receptor binding and DA content were measured post-mortem in the PFC and striatum. RESULTS: SKF38393 impaired spatial working memory performance in control rats but had no effect in AGT rats. D1 binding was significantly reduced in the anterior cingulate cortex, prelimbic cortex, dorsal striatum and ventral pallidum of AGT rats compared with control animals. However, AGT had no significant effect on brain monoamine levels. CONCLUSIONS: These findings demonstrate that D1 receptors in corticostriatal circuitry down-regulate in response to AGT. This compensatory effect in D1 receptors may result from increased DA-ergic tone in AGT rats and underlie the resilience of these animals to the disruptive effects of D1 receptor activation on spatial working memory.

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

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

Facteurs de risque de développement de troubles intériorisés : études en Imagerie par Résonance Magnétique structurelle

Plusieurs facteurs de risque de développement de troubles intériorisés, tels que les troubles d’anxiété et de l’humeur, ont été identifiés dans la littérature. Les deux plus importants facteurs de risques regroupent l’adversité vécue durant l’enfance (par exemple la maltraitance) et le risque parental (c’est-à-dire la présence d’un trouble intériorisé chez l’un ou les deux parents). Ces facteurs de risque ont été liés à des changements neuroanatomiques similaires à ceux observés en lien avec les troubles intériorisés. Ainsi, en présence de ces facteurs de risque, des anomalies anatomiques pourraient laisser présager l’apparition prochaine d’une symptomatologie de troubles intériorisés chez des individus encore asymptomatiques. Chez les quelques populations de jeunes investiguées, les participants présentaient des comorbidités et/ou étaient sous médication, ce qui rend difficile l’interprétation des atteintes cérébrales observées. Ce travail de thèse s’est intéressé aux liens entre ces deux facteurs de risque et les substrats neuroanatomiques associés à chacun d’eux, chez des adolescents asymptomatiques et n’étant sous aucune médication. Une première étude a examiné le lien entre le niveau de pratiques parentales coercitives et le niveau de symptômes d’anxiété, mesurés de manière longitudinale depuis la naissance, et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 2). Une deuxième étude a examiné le lien entre le risque parental de développer des troubles d’anxiété et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 3). Une troisième étude s’est intéressée au lien entre le risque parental de développer un trouble de dépression ou un trouble bipolaire et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 4). Les résultats démontrent des différences de volume et/ou d’épaisseur corticale dans plusieurs structures clés impliquées dans le traitement et la régulation des émotions. C’est le cas du cortex préfrontal, de l’amygdale, de l’hippocampe et du striatum. Ces résultats suggèrent que certaines des différences neuroanatomiques observées dans les troubles intériorisés peuvent être présentes avant que le trouble ne se manifeste, et représenter des marqueurs neuronaux du risque de développer le trouble. Les implications théoriques et les limites de ces trois études sont finalement discutées dans le Chapitre 5.

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

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

Facteurs de risque de développement de troubles intériorisés : études en Imagerie par Résonance Magnétique structurelle

Plusieurs facteurs de risque de développement de troubles intériorisés, tels que les troubles d’anxiété et de l’humeur, ont été identifiés dans la littérature. Les deux plus importants facteurs de risques regroupent l’adversité vécue durant l’enfance (par exemple la maltraitance) et le risque parental (c’est-à-dire la présence d’un trouble intériorisé chez l’un ou les deux parents). Ces facteurs de risque ont été liés à des changements neuroanatomiques similaires à ceux observés en lien avec les troubles intériorisés. Ainsi, en présence de ces facteurs de risque, des anomalies anatomiques pourraient laisser présager l’apparition prochaine d’une symptomatologie de troubles intériorisés chez des individus encore asymptomatiques. Chez les quelques populations de jeunes investiguées, les participants présentaient des comorbidités et/ou étaient sous médication, ce qui rend difficile l’interprétation des atteintes cérébrales observées. Ce travail de thèse s’est intéressé aux liens entre ces deux facteurs de risque et les substrats neuroanatomiques associés à chacun d’eux, chez des adolescents asymptomatiques et n’étant sous aucune médication. Une première étude a examiné le lien entre le niveau de pratiques parentales coercitives et le niveau de symptômes d’anxiété, mesurés de manière longitudinale depuis la naissance, et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 2). Une deuxième étude a examiné le lien entre le risque parental de développer des troubles d’anxiété et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 3). Une troisième étude s’est intéressée au lien entre le risque parental de développer un trouble de dépression ou un trouble bipolaire et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 4). Les résultats démontrent des différences de volume et/ou d’épaisseur corticale dans plusieurs structures clés impliquées dans le traitement et la régulation des émotions. C’est le cas du cortex préfrontal, de l’amygdale, de l’hippocampe et du striatum. Ces résultats suggèrent que certaines des différences neuroanatomiques observées dans les troubles intériorisés peuvent être présentes avant que le trouble ne se manifeste, et représenter des marqueurs neuronaux du risque de développer le trouble. Les implications théoriques et les limites de ces trois études sont finalement discutées dans le Chapitre 5.

THE INFLUENCE OF MOTIVATION ON EMOTION REGULATION AND MOTOR PERFORMANCE: EXAMINATION OF A NEURO-AFFECTIVE MODEL

Mental stress is known to disrupt the execution of motor performance and can lead to decrements in the quality of performance, however, individuals have shown significant differences regarding how fast and well they can perform a skilled task according to how well they can manage stress and emotion. The purpose of this study was to advance our understanding of how the brain modulates emotional reactivity under different motivational states to achieve differential performance in a target shooting task that requires precision visuomotor coordination. In order to study the interactions in emotion regulatory brain areas (i.e. the ventral striatum, amygdala, prefrontal cortex) and the autonomic nervous system, reward and punishment interventions were employed and the resulting behavioral and physiological responses contrasted to observe the changes in shooting performance (i.e. shooting accuracy and stability of aim) and neuro-cognitive processes (i.e. cognitive load and reserve) during the shooting task. Thirty-five participants, aged 18 to 38 years, from the Reserve Officers’ Training Corp (ROTC) at the University of Maryland were recruited to take 30 shots at a bullseye target in three different experimental conditions. In the reward condition, $1 was added to their total balance for every 10-point shot. In the punishment condition, $1 was deducted from their total balance if they did not hit the 10-point area. In the neutral condition, no money was added or deducted from their total balance. When in the reward condition, which was reportedly most enjoyable and least stressful of the conditions, heart rate variability was found to be positively related to shooting scores, inversely related to variability in shooting performance and positively related to alpha power (i.e. less activation) in the left temporal region. In the punishment (and most stressful) condition, an increase in sympathetic response (i.e. increased LF/HF ratio) was positively related to jerking movements as well as variability of placement (on the target) in the shots taken. This, coupled with error monitoring activity in the anterior cingulate cortex, suggests evaluation of self-efficacy might be driving arousal regulation, thus affecting shooting performance. Better performers showed variable, increasing high-alpha power in the temporal region during the aiming period towards taking the shot which could indicate an adaptive strategy of engagement. They also showed lower coherence during hit shots than missed shots which was coupled with reduced jerking movements and better precision and accuracy. Frontal asymmetry measures revealed possible influence of the prefrontal lobe in driving this effect in reward and neutral conditions. The possible interactions, reasons behind these findings and implications are discussed.

Understanding the role of CAP proteins in the polarization process of C. elegans

La division cellulaire asymétrique est un processus crucial dans le développement des organismes multicellulaires puisqu’elle permet la génération de la diversité cellulaire. Les cellules qui se divisent de façon asymétrique doivent tout d’abord se polariser et correctement orienter leur fuseau mitotique pour ségréger des déterminants cellulaires en deux entités distinctes. L’embryon du nématode C. elegans est un modèle robuste et largement utilisé pour étudier la division cellulaire asymétrique. Dans cet embryon, le point d'entrée du spermatozoïde détermine l'axe de polarité antéro-postérieur. Suite à la fécondation, le cortex embryonnaire est uniformément contractile et un complexe conservé formé des protéines PAR-3, PAR-6 et PKC-3 (nommé complexe PAR-3 ci-dessous) est localisé sur l'ensemble du cortex. La complétion de la méiose maternelle induit une relaxation corticale au postétieur et un flux cortical vers l’antérieur de l’embryon. Ces contractions corticales asymétriques mènent à la formation d'un domaine antérieur contenant le complexe PAR-3, tandis que le cortex postérieur, dont le complexe PAR-3 s’est délocalisé, est enrichi avec les protéines PAR-2 et PAR-1. Par conséquent, les domaines formés par les protéines PAR définissent un pôle antérieur et un pôle postérieur dans l'embryon suite au remodelage du cytosquelette. Les protéines PAR-4 et PAR-5 restent localisées de façon uniforme dans l'embryon. Curieusement, les protéines PAR exercent une régulation par rétroaction sur la contractilité corticale. Il a été montré qu’une des protéines PAR récemment identifiée, PAR-5, est orthologue à la protéine adaptatrice 14-3-3 et joue un rôle important dans la contractilité corticale. En dépit de son rôle central dans la contractilité corticale et le processus de polarisation cellulaire, le mécanisme par lequel PAR-5 régule la contractilité corticale n’est pas bien compris. Le but de ce projet est de mieux comprendre comment PAR-5 et ses interacteurs contrôlent la régulation des contractions corticales et, de ce fait, la polarité cellulaire. Dans un essai de capture de la protéine GST (GST pull-down), nous avons identifié plusieurs nouveaux interacteurs de PAR-5. Parmi ceux-ci, nous avons trouvé CAP-2 (protéine de coiffage de l'actine), qui a été identifiée dans des éxpériences de capture de 14-3-3 dans trois systèmes modèles différents. CAP-2 est un hétérodimère des protéines CAP, qui sont impliquées dans la régulation de l'actine. Nous avons trouvé que la déplétion des protéines CAP par interférence à l’ARN dans des vers de type sauvage mène à une augmentation létalité embryonnaire, ce qui suggère que ces protéines jouent un rôle important dans le développement embryonnaire. L'imagerie en temps réel d'embryons déplétés pour les protéines CAP montre qu’ils ont une diminution des contractions corticales avec un sillon de pseudoclivage mois stable, suggérant un défaut dans la régulation du cytosquelette d'actine-myosine. Ceci a également été confirmé par la diminution de la vitesse et du nombre de foci de NMY-2::GFP. En outre, ces embryons montrent une légère diminution de la taille du croissant cortical de PAR-2 lors de la phase d’établissement de la polarité. Les embryons déplétés en CAP-2 montrent également un retard dans la progression du cycle cellulaire, mais le lien entre ce phénotype et la régulation des contractions corticales reste à être précisé. La caractérisation des protéines CAP, des régulateurs du remodelage du cytosquelette, permettra d'améliorer notre compréhension des mécanismes qui sous-tendent l'établissement et le maintien de la polarité cellulaire, et donc la division cellulaire asymétrique.

Understanding the role of CAP proteins in the polarization process of C. elegans

La division cellulaire asymétrique est un processus crucial dans le développement des organismes multicellulaires puisqu’elle permet la génération de la diversité cellulaire. Les cellules qui se divisent de façon asymétrique doivent tout d’abord se polariser et correctement orienter leur fuseau mitotique pour ségréger des déterminants cellulaires en deux entités distinctes. L’embryon du nématode C. elegans est un modèle robuste et largement utilisé pour étudier la division cellulaire asymétrique. Dans cet embryon, le point d'entrée du spermatozoïde détermine l'axe de polarité antéro-postérieur. Suite à la fécondation, le cortex embryonnaire est uniformément contractile et un complexe conservé formé des protéines PAR-3, PAR-6 et PKC-3 (nommé complexe PAR-3 ci-dessous) est localisé sur l'ensemble du cortex. La complétion de la méiose maternelle induit une relaxation corticale au postétieur et un flux cortical vers l’antérieur de l’embryon. Ces contractions corticales asymétriques mènent à la formation d'un domaine antérieur contenant le complexe PAR-3, tandis que le cortex postérieur, dont le complexe PAR-3 s’est délocalisé, est enrichi avec les protéines PAR-2 et PAR-1. Par conséquent, les domaines formés par les protéines PAR définissent un pôle antérieur et un pôle postérieur dans l'embryon suite au remodelage du cytosquelette. Les protéines PAR-4 et PAR-5 restent localisées de façon uniforme dans l'embryon. Curieusement, les protéines PAR exercent une régulation par rétroaction sur la contractilité corticale. Il a été montré qu’une des protéines PAR récemment identifiée, PAR-5, est orthologue à la protéine adaptatrice 14-3-3 et joue un rôle important dans la contractilité corticale. En dépit de son rôle central dans la contractilité corticale et le processus de polarisation cellulaire, le mécanisme par lequel PAR-5 régule la contractilité corticale n’est pas bien compris. Le but de ce projet est de mieux comprendre comment PAR-5 et ses interacteurs contrôlent la régulation des contractions corticales et, de ce fait, la polarité cellulaire. Dans un essai de capture de la protéine GST (GST pull-down), nous avons identifié plusieurs nouveaux interacteurs de PAR-5. Parmi ceux-ci, nous avons trouvé CAP-2 (protéine de coiffage de l'actine), qui a été identifiée dans des éxpériences de capture de 14-3-3 dans trois systèmes modèles différents. CAP-2 est un hétérodimère des protéines CAP, qui sont impliquées dans la régulation de l'actine. Nous avons trouvé que la déplétion des protéines CAP par interférence à l’ARN dans des vers de type sauvage mène à une augmentation létalité embryonnaire, ce qui suggère que ces protéines jouent un rôle important dans le développement embryonnaire. L'imagerie en temps réel d'embryons déplétés pour les protéines CAP montre qu’ils ont une diminution des contractions corticales avec un sillon de pseudoclivage mois stable, suggérant un défaut dans la régulation du cytosquelette d'actine-myosine. Ceci a également été confirmé par la diminution de la vitesse et du nombre de foci de NMY-2::GFP. En outre, ces embryons montrent une légère diminution de la taille du croissant cortical de PAR-2 lors de la phase d’établissement de la polarité. Les embryons déplétés en CAP-2 montrent également un retard dans la progression du cycle cellulaire, mais le lien entre ce phénotype et la régulation des contractions corticales reste à être précisé. La caractérisation des protéines CAP, des régulateurs du remodelage du cytosquelette, permettra d'améliorer notre compréhension des mécanismes qui sous-tendent l'établissement et le maintien de la polarité cellulaire, et donc la division cellulaire asymétrique.

Mapping and modulating spatial attention asymmetries in young and older adults

Healthy young adults demonstrate a group-level, systematic preference for stimuli presented in the left side of space relative to the right (‘pseudoneglect’) (Bowers & Heilman, 1980). This results in an overestimation of features such as size, brightness, numerosity and spatial frequency in the left hemispace, probably as a result of right cerebral hemisphere dominance for visuospatial attention. This spatial attention asymmetry is reduced in the healthy older population, and can be shifted entirely into right hemispace under certain conditions. Although this rightward shift has been consistently documented in behavioural experiments, there is very little neuroimaging evidence to explain this effect at a neuroanatomical level. In this thesis, I used behavioural methodology and electroencephalography (EEG) to map spatial attention asymmetries in young and older adults. I then use transcranial direct current stimulation (tDCS) to modulate these spatial biases, with the aim of assessing age-related differences in response to tDCS. In the first of three experiments presented in this thesis, I report in Chapter Two that five different spatial attention tasks provide consistent intra-task measures of spatial bias in young adults across two testing days. There were, however, no inter-task correlations between the five tasks, indicating that pseudoneglect is at least partially driven by task-dependent patterns of neural activity. In Chapter Three, anodal tDCS was applied separately to the left (P5) and right (P6) posterior parietal cortex (PPC) in young and older adults, with an aim to improve the detection of stimuli appearing in the contralateral visual field. There were no age differences in response to tDCS, but there were significant differences depending on baseline performance. Relative to a sham tDCS protocol, tDCS applied to the right PPC resulted in maintained visual detection across both visual fields in adults who were good at the task at baseline. In contrast, left PPC tDCS resulted in reduced detection sensitivity across both visual fields in poor performers. Finally, in Chapter Four, I report a right-hemisphere lateralisation of EEG activity in young adults that was present for long (but not short) landmark task lines. In contrast, older adults demonstrated no lateralised activity for either line length, thus providing novel evidence of an age-related reduction of hemispheric asymmetry in older adults. The results of this thesis provide evidence of a highly complex set of factors that underlie spatial attention asymmetries in healthy young and older adults.

Neural states in parietal areas during arm reaching

Since the first subdivisions of the brain into macro regions, it has always been thought a priori that, given the heterogeneity of neurons, different areas host specific functions and process unique information in order to generate a behaviour. Moreover, the various sensory inputs coming from different sources (eye, skin, proprioception) flow from one macro area to another, being constantly computed and updated. Therefore, especially for non-contiguous cortical areas, it is not expected to find the same information. From this point of view, it would be inconceivable that the motor and the parietal cortices, diversified by the information encoded and by the anatomical position in the brain, could show very similar neural dynamics. With the present thesis, by analyzing the population activity of parietal areas V6A and PEc with machine learning methods, we argue that a simplified view of the brain organization do not reflect the actual neural processes. We reliably detected a number of neural states that were tightly linked to distinct periods of the task sequence, i.e. the planning and execution of movement and the holding of target as already observed in motor cortices. The states before and after the movement could be further segmented into two states related to different stages of movement planning and arm posture processing. Rather unexpectedly, we found that activity during the movement could be parsed into two states of equal duration temporally linked to the acceleration and deceleration phases of the arm. Our findings suggest that, at least during arm reaching in 3D space, the posterior parietal cortex (PPC) shows low-level population neural dynamics remarkably similar to those found in the motor cortices. In addition, the present findings suggest that computational processes in PPC could be better understood if studied using a dynamical system approach rather than studying a mosaic of single units.

A causal role for posterior medial prefrontal cortex in choice-induced preference change

After a person chooses between two items, preference for the chosen item will increase and preference for the unchosen item will decrease because of the choice made. In other words, we tend to justify or rationalize our past behavior by changing our attitude. This phenomenon of choice-induced preference change has been traditionally explained by cognitive dissonance theory. Choosing something that is disliked or not choosing something that is liked are both cognitively inconsistent, and in order to reduce this inconsistency, people tend to change their subsequently stated preference in accordance with their past choices. Previously, neuroimaging studies identified posterior medial frontal cortex (pMFC) as a key brain region involved in cognitive dissonance. However, it still remains unknown whether the pMFC plays a causal role in inducing preference change following cognitive dissonance. Here, we demonstrate that 25-min 1-Hz repetitive transcranial magnetic stimulation (TMS) applied over the pMFC significantly reduces choice-induced preference change compared to sham stimulation, or control stimulation over a different brain region, demonstrating a causal role for the pMFC.

Progressive dysgraphia in a case of posterior cortical atrophy

Dysgraphia (agraphia) is a common feature of posterior cortical atrophy (PCA). However, detailed analyses of these spelling and writing impairments are infrequently conducted. LM is a 59-year-old woman with dysgraphia associated with PCA. She presented with a two-year history of decline in her writing and dressmaking skills. A 3D T-1-weighted MRI scan confirmed selective bi-parietal atrophy, with relative sparing of the hippocampi and other cortical regions. Analyses of LM's preserved and impaired spelling abilities indicated mild physical letter distortions and a significant spelling deficit characterised by letter substitutions, insertions, omissions, and transpositions that was systematically sensitive to word length while insensitive to real word versus nonword category, word frequency, regularity, imagery, grammatical class and ambiguity. Our findings suggest a primary graphemic buffer disorder underlies LM's spelling errors, possibly originating from disruption to the operation of a fronto-parietal network implicated in verbal working memory.

Antidepressant-Like Effects of Medial Prefrontal Cortex Deep Brain Stimulation in Rats

Background: Subcallosal cingulate gyrus (SCG) deep brain stimulation (DBS) is being investigated as a treatment for major depression. We report on the effects of ventromedial prefrontal cortex (vmPFC) DBS in rats, focusing on possible mechanisms involved in an antidepressant-like response in the forced swim test (FST). Methods: The outcome of vmPFC stimulation alone or combined with different types of lesions, including serotonin (5-HT) or nore-pineprhine (NE) depletion, was characterized in the FST. We also explored the effects of DBS on novelty-suppressed feeding, learned helplessness, and sucrose consumption in animals predisposed to helplessness. Results: Stimulation at parameters approximating those used in clinical practice induced a significant antidepressant-like response in the FST. Ventromedial PFC lesions or local muscimol injections did not lead to a similar outcome. However, animals treated with vmPFC ibotenic acid lesions still responded to DBS, suggesting that the modulation of fiber near the electrodes could play a role in the antidepressant-like effects of stimulation. Also important was the integrity of the serotonergic system, as the effects of DBS in the FST were completely abolished in animals bearing 5-HT, but not NE, depleting lesions. In addition, vmPFC stimulation induced a sustained increase in hippocampal 5-HT levels. Preliminary work with other models showed that DBS was also able to influence specific aspects of depressive-like states in rodents, including anxiety and anhedonia, but not helplessness. Conclusions: Our study suggests that vmPFC DES in rats maybe useful to investigate mechanisms involved in the antidepressant effects of SCG DBS.