Proton magnetic resonance spectroscopy of the frontal, cingulate and perirolandic cortices and its relationship to skin conductance in patients with schizophrenia

The aim of the present study was to determine whether specific subgroups of schizophrenic patients, grouped according to electrodermal characteristics, show differences in the N-acetylaspartate/creatine plus choline (NAA / (Cr + Cho)) ratios in the frontal, cingulate and perirolandic cortices. Skin conductance levels (SCL) and skin conductance responses to auditory stimulation were measured in 38 patients with schizophrenia and in the same number of matched healthy volunteers (control). All subjects were submitted to multivoxel proton magnetic resonance spectroscopic imaging. When compared to the control group, patients presented significantly lower NAA / (Cr + Cho) ratios in the right dorsolateral prefrontal cortex (schizophrenia = 0.95 ± 0.03; control = 1.12 ± 0.04) and in the right (schizophrenia = 0.88 ± 0.02; control = 0.94 ± 0.03) and left (schizophrenia = 0.84 ± 0.03; control = 0.94 ± 0.03) cingulates. These ratios did not differ between electrodermally responsive and non-responsive patients. When patients were divided into two groups: lower SCL (less than the mean SCL of the control group minus two standard deviations) and normal SCL (similar to the control group), the subgroup with a lower level of SCL showed a lower NAA / (Cr + Cho) ratio in the left cingulate (0.78 ± 0.05) than the controls (0.95 ± 0.02, P < 0.05) and the subgroup with normal SCL (0.88 ± 0.03, P < 0.05). There was a negative correlation between the NAA / (Cr + Cho) ratio in the left cingulate of patients with schizophrenia and the duration of the disease and years under medication. These data suggest the existence of a schizophrenic subgroup characterized by low SCL that could be a consequence of the lower neuronal viability observed in the left cingulate of these patients.

Neural regulation of the stress response: glucocorticoid feedback mechanisms

The mammalian stress response is an integrated physiological and psychological reaction to real or perceived adversity. Glucocorticoids are an important component of this response, acting to redistribute energy resources to both optimize survival in the face of challenge and to restore homeostasis after the immediate challenge has subsided. Release of glucocorticoids is mediated by the hypothalamo-pituitary-adrenal (HPA) axis, driven by a neural signal originating in the paraventricular nucleus (PVN). Stress levels of glucocorticoids bind to glucocorticoid receptors in multiple body compartments, including the brain, and consequently have wide-reaching actions. For this reason, glucocorticoids serve a vital function in negative feedback inhibition of their own secretion. Negative feedback inhibition is mediated by a diverse collection of mechanisms, including fast, non-genomic feedback at the level of the PVN, stress-shut-off at the level of the limbic system, and attenuation of ascending excitatory input through destabilization of mRNAs encoding neuropeptide drivers of the HPA axis. In addition, there is evidence that glucocorticoids participate in stress activation via feed-forward mechanisms at the level of the amygdala. Feedback deficits are associated with numerous disease states, underscoring the necessity for adequate control of glucocorticoid homeostasis. Thus, rather than having a single, defined feedback ‘switch’, control of the stress response requires a wide-reaching feedback ‘network’ that coordinates HPA activity to suit the overall needs of multiple body systems.

Longitudinal brain volumetric changes during one year in non-elderly healthy adults: a voxel-based morphometry study

Previous cross-sectional magnetic resonance imaging (MRI) studies of healthy aging in young adults have indicated the presence of significant inverse correlations between age and gray matter volumes, although not homogeneously across all brain regions. However, such cross-sectional studies have important limitations and there is a scarcity of detailed longitudinal MRI studies with repeated measures obtained in the same individuals in order to investigate regional gray matter changes during short periods of time in non-elderly healthy adults. In the present study, 52 healthy young adults aged 18 to 50 years (27 males and 25 females) were followed with repeated MRI acquisitions over approximately 15 months. Gray matter volumes were compared between the two times using voxel-based morphometry, with the prediction that volume changes would be detectable in the frontal lobe, temporal neocortex and hippocampus. Voxel-wise analyses showed significant (P < 0.05, family-wise error corrected) relative volume reductions of gray matter in two small foci located in the right orbitofrontal cortex and left hippocampus. Separate comparisons for males and females showed bilateral gray matter relative reductions in the orbitofrontal cortex over time only in males. We conclude that, in non-elderly healthy adults, subtle gray matter volume alterations are detectable after short periods of time. This underscores the dynamic nature of gray matter changes in the brain during adult life, with regional volume reductions being detectable in brain regions that are relevant to cognitive and emotional processes.

Autonomic and electrocortical indices of performance monitoring and source memory discrimination in older and younger adults

Reduced capacity for executive cognitive function and for the autonomic control of cardiac responsivity are both concomitants of the aging process. These may be linked through their mutual dependence on medial prefrontal function, but the specifics ofthat linkage have not been well explored. Executive functions associated with medial prefrontal cortex involve various aspects ofperformance monitoring, whereas centrally mediated autonomic functions can be observed as heart rate variability (HRV), i.e., variability in the length of intervals between heart beats. The focus for this thesis was to examine the degree to which the capacity for phasic autonomic adjustments to heart rate relates to performance monitoring in younger and older adults, using measures of electrocortical and autonomic activity. Behavioural performance and attention allocation during two age-sensitive tasks could be predicted by various aspects of autonomic control. For young adults, greater influence of the parasympathetic system on HRV was beneficial for learning unfamiliar maze paths; for older adults, greater sympathetic influence was detrimental to these functions. Further, these relationships were primarily evoked when the task required the construction and use of internalized representations of mazes rather than passive responses to feedback. When memory for source was required, older adults made three times as many source errors as young adults. However, greater parasympathetic influence on HRV in the older group was conducive to avoiding source errors and to reduced electrocortical responses to irrelevant information. Higher sympathetic predominance, in contrast, was associated with higher rates of source error and greater electrocortical responses tq non-target information in both groups. These relations were not seen for 11 errors associated with a speeded perceptual task, irrespective of its difficulty level. Overall, autonomic modulation of cardiac activity was associated with higher levels of performance monitoring, but differentially across tasks and age groups. With respect to age, those older adults who had maintained higher levels of autonomic cardiac regulation appeared to have also maintained higher levels of executive control over task performance.

Individual differences in risk-taking and associated characteristics : a test of specificity in executive functions /

Multiple measures have been devised by clinicians and theorists from many different backgrounds for the purpose of assessing the influence of the frontal lobes on behaviour. Some utilize self-report measures to investigate behavioural characteristics such as risktaking, sensation seeking, impulsivity, and sensitivity to reward and punishment in an attempt to understand complex human decision making. Others rely more on neuroimaging and electrophysiological investigation involving experimental tasks thought to demonstrate executive functions in action, while other researchers prefer to study clinical populations with selective damage. Neuropsychological models of frontal lobe functioning have led to a greater appreciation of the dissociations among various aspects of prefrontal cortex function. This thesis involves (1) an examination of various psychometric and experimental indices of executive functions for coherence as one would predict on the basis of highly developed neurophysiological models of prefrontal function, particularly those aspects of executive function that involve predominantly cognitive abilities versus processes characterized by affect regulation; and (2) investigation of the relations between risk-taking, attentional abilties and their associated characteristics using a neurophysiological model of prefrontal functions addressed in (1). Late adolescence is a stage in which the prefrontal cortices undergo intensive structural and functional maturational changes; this period also involves increases in levels of risky and sensation driven behaviours, as well as a hypersensitivity to reward and a reduction in inhibition. Consequently, late adolescence spears to represent an ideal developmental period in which to examine these decision-making behaviours due to the maximum variability of behavioural characteristics of interest. Participants were 45 male undergraduate 18- to 19-year olds, who completed a battery of measures that included self-report, experimental and behavioural measures designed to assess particular aspects of prefrontal and executive functioning. As predicted, factor analysis supported the grouping of executive process by type (either primarily cognitive or affective), conforming to the orbitofrontal versus dorsolateral typology; risk-taking and associated characteristics were associated more with the orbitofrontal than the dorsolateral factor, whereas attentional and planning abilities tended to correlate more strongly with the dorsolateral factor. Results are discussed in light of future assessment, investigation and understanding of complex human decision-making and executive functions. Implications, applications and suggestions for future research are also proposed.

Investigating the effects of arousal state on cognitive performance in individuals with and without mild head injury

We examined the cognitive and emotional sequelae following mild head injury (MHI; e.g., concussion) in high-functioning individuals and whether persons with MHI pre~ent, both physiologically and via self-report, in a manner different from (i.e., underaroused) that of persons who have no history of head injury. We also investigated the effect arousal state ~as on the cognitive performance of this population. Using a quasiexperimental research design (N = 91), we examined changes in attention, working memory, and cognitive flexibility (subtests ofthe WAIS-III, 1997,WMS-III, 1997, & DKEFS, 2002) as a function of manipulated arousal (i.e., induced psychosocial stress/activation; reduced activation/relaxation). In addition to self-reported arousal and state anxiety (State-Trait Anxiety Inventory; Speilberger, 1983a) measures, physiological indices of arousal state (i.e., electrodermal responsivity, heart rate, and respiration activity) were recorded (via Polygraph Professional Suite, 2008) across a 2.5 hour interval while completing various cognitive tasks. Students also completed the Post-concussive Symptom Checklist (Gouvier et aI., 1992). The results demonstrate that university students who report a history ofMHI (i.e., "altered state of consciousness") experience significantly lower levels of anxiety, were physiologically underaroused, and were less responsive to stressors in their environment, compared to their non-~HI cohorts. As expected, cognitive flexibility (but not other neuropsychological measures of cognition) was advantaged with increased stress, and disadvantaged with reduced stress, in persons with reported MHI, but not for those without reported MHI which provided limited support for our hypothesis. Further, university students who had no complaints related to their previous MHI endorsed a greater number of traditional post-concussive symptoms in terms of intensity, duration and frequency as compared to students who did not report a MHI. The underarousal in traumatic brain injury has been associated with (ventromedial prefrontal cortex) VMPFC disruption and may be implicated in MHI generally. Students who report sustaining a previous MHI may be less able to physiologically respond and/or cognitively appraise, stressful experiences as compared to their no-MHI cohort and experience persistent, long-lasting consequences despite the subtle nature of a history of head injury.

Developmental differences in locomotor responsiveness to amphetamine in rats

The developmental remodelling of motivational systems that underlie drug dependence and addiction may account for the greater frequency and severity of drug abuse in adolescence compared to adulthood. Recent advances in animal models have begun to identify the morphological and the molecular factors that are being remodelled, but little is known about the culmination of these factors in altered sensitivity to psycho stimulant drugs, like amphetamine, in adolescence. Amphetamine induces potent locomotor activating effects in rodents through increased dopamine release in the mesocorticolimbic dopamine system, which makes locomotor activity a useful behavioural marker of age differences in amphetamine sensitivity. The aim of the thesis was to investigate the neural basis for age differences in amphetamine sensitivity with a focus on the nucleus accumbens and the medial prefrontal cortex, which initiate and regulate amphetamine-induced locomotor activity, respectively. In study 1, I found pre- and post- pubertal adolescent rats to be less active (i.e., hypoactive) than adults to a first injection of 0.5, but not of 1.5, mg/kg of intraperitonealy (i.p.) administered amphetamine. Although initially hypoactive, only adolescent rats exhibited an increase in activity to a second injection of amphetamine given 24 h later, indicating that adolescents may be more sensitive to the rapid changes in amphetamineinduced plasticity than adults. Given that the locomotor activating effects of amphetamine are initiated in the nucleus accumbens, age differences in response to direct injections of amphetamine into this brain region were investigated in study 2. In contrast to i.p. injections, adolescents were more active than adults when amphetamine was given directly into the nucleus accumbens, indicating that hypo activity may be attributed to the development of regulatory regions outside of the accumbens. The medial prefrontal cortex (mPFC) is a key regulator of the locomotor activating effects of amphetamine that undergoes extensive remodelling in adolescence. In study 3, I found that an i.p. injection of 1.5, and not of 0.5, mg/kg of amphetamine resulted in a high expression of c-fos, a marker of neural activation, in the pre limbic mPFC only in pre-pubertal adolescent rats. This finding suggests that the ability of adolescent rats to overcome hypo activity at the 1.5 mg/kg dose may involve greater activation of the prelimbic mPFC compared to adulthood. In support of this hypothesis, I found that pharmacological inhibition of prelimbic D 1 dopamine receptors disrupted the locomotor activating effects of the 1.5 mg/kg dose of amphetamine to a greater extent in adolescent than in adult rats. In addition, the stimulation of prelimbic D 1 dopamine receptors potentiated locomotor activity at the 0.5 mg/kg dose of amphetamine only in adolescent rats, indicating that the prelimbic D1 dopamine receptors are involved in overcoming locomotor hypoactivity during adolescence. Given my finding that the locomotor activating effects of amphetamine rely on slightly different mechanisms in adolescence than in adulthood, study 4 was designed to determine whether the lasting consequences of drug use would also differ with age. A short period of pre-treatment with 0.5 mg/kg of amphetamine in adolescence, but not in adulthood, resulted in heightened sensitivity to an injection of amphetamine given 30 days after the start of the procedure, when adolescent rats had reached adulthood. The finding of an age-specific increase in amphetamine sensitivity is consistent with evidence for increased risk for addiction when drug use is initiated in adolescence compared to adulthood in people (Merline et aI., 2002), and with the hypothesis that adolescence is a sensitive period of development.

Effects of social context on endocrine function and Zif268 expression in response to an acute stressor in adolescent and adult rats

There is a paucity of studies comparing social buffering in adolescents and adults, despite their marked differences in social behaviour. I investigated whether greater effects of social buffering on plasma corticosterone concentrations and expression of Zif268 in neural regions after an acute stressor would be found in adolescent compared with adult rats. Samples were obtained before and after one hour of isolation stress and after either one or three hours of recovery back in the colony with either a familiar or unfamiliar cage partner. Adolescent and adult rats did not differ in plasma concentrations of corticosterone at any time point. Corticosterone concentrations were higher after one hour isolation than at baseline (p < 0.001), and rats with a familiar partner during the recovery phase had lower corticosterone concentrations than did rats with an unfamiliar partner (p = 0.02). Zif268 immunoreactive cell counts were higher in the arcuate nucleus in both age groups after isolation (p = 0.007) and higher in the paraventricular nucleus of adolescents compared with adults during the recovery phase irrespective of partner familiarity. There was a significant decrease in immunoreactive cell counts after one hour isolation compared to baseline in the basolateral amygdala, central nucleus of the amygdala, and in the pyramidal layer of the hippocampus (all p < 0.05). An effect of partner familiarity on Zif268 immunoreactive cell counts was found in the granule layer of the dentate gyrus irrespective of age (higher in those with a familiar partner, p = 0.03) and in the medial prefrontal cortex in adolescents (higher with an unfamiliar partner, p = 0.02). Overall, the acute stress and partner familiarity produced a similar pattern of results in adolescents and adults, with both age groups sensitive to the social context.

Effets d’un entraînement neuromoteur et d’un entraînement aérobie sur les fonctions exécutives chez l’enfant

Les études des effets de l’activité physique sur la cognition humaine et animale ne permettent pas de clarifier si ces effets sont spécifiques au type d’exercice pratiqué et si les gains cognitifs pour un cerveau en développement sont globaux ou exclusifs à certaines fonctions cognitives. Considérant le circuit nerveux entre le cervelet et le cortex préfrontal dorsolatéral, nous croyons qu’un entraînement neuromoteur stimulant les fonctions motrices du cervelet améliorera les fonctions exécutives associées au cortex préfrontal. Comme l’entraînement aérobie a affecté positivement différentes fonctions cognitives dans des études précédentes, nous croyons que ce type d’exercice améliorera les fonctions exécutives et la mémoire à long-terme. Trois classes de sixième année (âge moyen = 11,4 ans) ont été aléatoirement assignées aux groupes neuromoteur (n=22), aérobie (n=19) et contrôle (n=15). Nous nous sommes assurés que l’entraînement neuromoteur ne stimulait aucunement la capacité aérobie et que l’entraînement aérobie n’améliorait aucune habileté motrice. Les entraînements pour les deux groupes expérimentaux consistaient en 30 minutes d’activités par jour d’école pendant les heures de classe, pour 10 semaines ; le groupe contrôle suivait le programme scolaire régulier. Des tests moteurs et cognitifs ont été administrés avant et après l’intervention. Une série d’ANOVAs a révélé que l’entraînement neuromoteur avait amélioré la fluence verbale avec un effet marginal sur la génération de verbe, deux fonctions exécutives associées au circuit fronto-cérébelleux, et que l’entraînement aérobie avait mené à une amélioration distincte de la fluence verbale. Ainsi, nos résultats démontrent que les améliorations des fonctions exécutives sont spécifiques à chaque entraînement pratiqué.

Apports de l’imagerie optique à l’étude de l’impact du niveau de scolarité sur la contribution des lobes frontaux à la production de mots

Le vieillissement normal est associé à une réorganisation cérébrale qui peut être influencée par plusieurs facteurs. Des théories comme la réserve cognitive de Stern (2002) tentent d’expliquer les effets de ces différents facteurs. Certains, le niveau de scolarité par exemple, sont encore mal connus. Pourtant, le niveau de scolarité est connu pour avoir un impact sur les performances cognitives tout au long de la vie. Le but de ce mémoire est d’étudier les effets du niveau de scolarité sur l’oxygénation cérébrale de personnes âgées en santé lors d’une tâche d’évocation lexicale orthographique et sémantique. Chaque tâche est divisée selon un critère « plus productive » et « moins productive ». Les âgés faiblement scolarisés produisent moins de mots que les âgés fortement scolarisés. De plus, la différence de mots produits entre le critère plus productif et moins productif est plus grande pour la tâche sémantique que pour la tâche orthographique. Du point de vue hémodynamique, les deux groupes ont des activations semblables, contredisant le phénomène HAROLD. De plus, les participants peu scolarisés tendent à activer de façon plus importante l’hémisphère gauche, peu importe la tâche ou la condition. Par contre, les activations varient selon la tâche et la condition dans le cas du groupe fortement scolarisé.

The neurobiology of meditation for the control of pain

La douleur est une expérience multidimensionnelle comportant des aspects sensoriels, émotionnels et cognitifs. Il a été montré que cette expérience peut être modulée par des facteurs psychologiques ou des interventions cognitives comme l’attention, la distraction, l’hypnose ou les attentes. La tradition orientale suggère également que la pratique de la méditation pourrait avoir des effets analgésiques. D’un point de vue théorique, plusieurs mécanismes pourraient expliquer ces effets. Cependant, très peu d’études ont testé ces hypothèses. Les études présentées dans cette thèse avaient donc pour objectif d’examiner les mécanismes analgésiques de la méditation. Dans un premier temps, une étude psychophysique a été réalisée afin de comparer les réponses à la douleur entre des adeptes de la méditation Zen et des sujets contrôles, dans différentes conditions attentionnelles. Durant la condition attentionnelle de type « mindful », les adeptes de la méditation ont présenté une plus faible sensibilité à la douleur, des réponses attentionnelles à la douleur atypiques et une diminution de la perception de la douleur associée à l’entraînement à la méditation. Une deuxième étude a été réalisée en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) avec des groupes de participants similaires. Dans une condition sans méditation, les adeptes de la méditation ont présenté de plus fortes réponses nociceptives dans les régions primaires de la douleur. Les régions cérébrales associées aux processus d’évaluation, à la mémoire et aux émotions ont quant à elles montré une diminution d’activité. De plus, cette diminution était plus importante chez les adeptes de la méditation les plus expérimentés et elle était associée à des évaluations de douleur plus faibles. Par ailleurs, des changements de connectivité fonctionnelle entre le cortex préfrontal et une région primaires de la douleur étaient associés à la sensibilité à la douleur chez les adeptes de la méditation. Finalement, une étude d’imagerie cérébrale structurale (publiée comme deux études séparées) a été réalisée pour examiner les différences d’épaisseur corticale entre les groupes, pour des régions associées à la douleur. Les adeptes de la méditation ont présenté une épaisseur plus importante de matière grise dans plusieurs régions associées à la douleur et l’attention. De plus, ces différences étaient associées à une mesure expérientielle de l’attention, à la sensibilité à la douleur et à l’expérience de méditation. Dans l’ensemble, ces résultats suggèrent que la méditation pourrait influencer la perception de la douleur par des changements fonctionnels et physiques dans le cerveau. De plus, le patron d’activation et la modulation de l’expérience paraissent uniques en comparaison à ceux d’autres interventions, ce qui suggère qu’un état de détachement et un focus mental favorisent la dissociation entre les aspects désagréables et sensoriels d’un stimulus nociceptif.

Effect of mindfulness meditation on the neural substrates of emotion processing and resting state in experienced and beginner meditators

La méditation par le ‘mindfulness’ favorise la stabilité émotionelle, mais les mécanismes neuroneux qui sous-tendent ces effets sont peu connus. Ce projet investiga l’effet du ‘mindfulness’ sur les réponses cérébrales et subjectives à des images négatives, positives et neutres chez des méditants expérimentés et des débutants au moyen de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Le ‘mindfulness’ atténua l’intensité émotionelle via différents mécanismes cérébraux pour chaque groupe. Comparés aux méditants, les débutants manifestèrent une déactivation de l’amygdale en réponse aux stimuli émotifs durant le ‘mindfulness’. Comparés aux débutants, les méditants exhibèrent une déactivation de régions du réseau du mode par défaut (RMD) pendant le ‘mindfulness’ pour tous stimuli (cortex médian préfrontal [CMP], cortex cingulaire postérieur [CCP]). Le RMD est constitué de régions fonctionnellement connectées, activées au repos et déactivées lors de tâches explicites. Cependant, nous ne connaissons pas les impacts de l’entraînement par la méditation sur la connectivité entre régions du RMD et si ces effets persistent au-delà d’un état méditatif. La connectivité fonctionnelle entre régions du RMD chez les méditants et débutants au repos fut investiguée au moyen de l’IRMf. Comparés aux débutants, les méditants montrèrent une connectivité affaiblie entre subdivisions du CMP, et une connectivité accrue entre le lobule pariétal inférieur et trois regions du RMD. Ces résultats reflètent que les bienfaits immédiats du ‘mindfulness’ sur la psychopathologie pourraient être dûs à une déactivation de régions limbiques impliquées dans la réactivité émotionelle. De plus, les bienfaits à long-terme de la méditation sur la stabilité émotionelle pourrait être dûs à une déactivation de régions corticales et cingulaires impliquées dans l’évaluation de la signification émotive et une connectivité altérée entre régions du RMD à l’état de repos.

Microstructural and metabolic changes in the brains of concussed athletes

Les commotions cérébrales ont longtemps été considérées comme une blessure ne comportant que peu ou pas de conséquences. Cependant, la mise à la retraite forcée de plusieurs athlètes de haut niveau, liée au fait d'avoir subi des commotions cérébrales multiples, a porté cette question au premier plan de la culture scientifique et sportive. Malgré la sensibilisation croissante du public et la compréhension scientifique accrue des commotions cérébrales, il reste encore beaucoup d’inconnus au sujet de ces blessures. En effet, il est difficile de comprendre comment cette atteinte peut avoir des effets si profonds malgré le fait qu’elle n’entraîne apparemment pas de conséquences physiques apparentes lorsque les techniques traditionnelles d’imagerie cérébrale sont utilisées. Les techniques de neuroimagerie fonctionnelle ont cependant contribué à répondre aux nombreuses questions entourant les conséquences des commotions cérébrales ainsi qu'à accroître la compréhension générale de la physiopathologie de commotions cérébrales. Bien que les techniques de base telles que l'imagerie structurelle comme les scans TC et IRM soient incapables de détecter des changements structurels dans la grande majorité des cas (Ellemberg, Henry, Macciocchi, Guskiewicz, & Broglio, 2009; Johnston, Ptito, Chankowsky, & Chen, 2001), d'autres techniques plus précises et plus sensibles ont été en mesure de détecter avec succès des changements dans le cerveau commotionné. Des études d’IRM fonctionelle ont entre autres établi une solide relation entre les altérations fonctionnelles et les symptômes post-commotionels (Chen, Johnston, Collie, McCrory, & Ptito, 2007; Chen et al., 2004; Chen, Johnston, Petrides, & Ptito, 2008; Fazio, Lovell, Pardini, & Collins, 2007). Les mesures électrophysiologiques telles que les potentiels évoqués cognitifs (ERP) (Gaetz, Goodman, & Weinberg, 2000; Gaetz & Weinberg, 2000; Theriault, De Beaumont, Gosselin, Filipinni, & Lassonde, 2009; Theriault, De Beaumont, Tremblay, Lassonde, & Jolicoeur, 2010) et la stimulation magnétique transcrânienne ou SMT (De Beaumont, Brisson, Lassonde, & Jolicoeur, 2007; De Beaumont, Lassonde, Leclerc, & Theoret, 2007; De Beaumont et al., 2009) ont systématiquement démontré des altérations fonctionnelles chez les athlètes commotionnés. Cependant, très peu de recherches ont tenté d'explorer davantage certaines conséquences spécifiques des commotions cérébrales, entre autres sur les plans structural et métabolique. La première étude de cette thèse a évalué les changements structurels chez les athlètes commotionnés à l’aide de l'imagerie en tenseur de diffusion (DTI) qui mesure la diffusion de l'eau dans la matière blanche, permettant ainsi de visualiser des altérations des fibres nerveuses. Nous avons comparé les athlètes commotionnés à des athlètes de contrôle non-commotionnés quelques jours après la commotion et de nouveau six mois plus tard. Nos résultats indiquent un patron constant de diffusion accrue le long des voies cortico-spinales et dans la partie du corps calleux reliant les régions motrices. De plus, ces changements étaient encore présents six mois après la commotion, ce qui suggère que les effets de la commotion cérébrale persistent bien après la phase aiguë. Les deuxième et troisième études ont employé la spectroscopie par résonance magnétique afin d'étudier les changements neurométaboliques qui se produisent dans le cerveau commotionné. La première de ces études a évalué les changements neurométaboliques, les aspects neuropsychologiques, et la symptomatologie dans la phase aiguë post-commotion. Bien que les tests neuropsychologiques aient été incapables de démontrer des différences entre les athlètes commotionnés et non-commotionnés, des altérations neurométaboliques ont été notées dans le cortex préfrontal dorsolatéral ainsi que dans le cortex moteur primaire, lesquelles se sont avérées corréler avec les symptômes rapportés. La deuxième de ces études a comparé les changements neurométaboliques immédiatement après une commotion cérébrale et de nouveau six mois après l’atteinte. Les résultats ont démontré des altérations dans le cortex préfrontal dorsolatéral et moteur primaire dans la phase aiguë post-traumatique, mais seules les altérations du cortex moteur primaire ont persisté six mois après la commotion. Ces résultats indiquent que les commotions cérébrales peuvent affecter les propriétés physiques du cerveau, spécialement au niveau moteur. Il importe donc de mener davantage de recherches afin de mieux caractériser les effets moteurs des commotions cérébrales sur le plan fonctionnel.

Modifications de l’activité préfrontale pendant le traitement de stimuli émotionnels visuels chez des patients schizophrènes avant et après médication à la Ziprasidone : étude en IRM fonctionnelle

Bien que les troubles cognitifs soient un aspect essentiel de la schizophrénie, le dysfonctionnement des systèmes émotionnels y est également considéré comme un élément très important de cette maladie d’autant plus que plusieurs régions du cerveau sont concernées par la régulation émotionnelle. Le principal objectif du présent travail était d’explorer, en imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf), l’effet de la ziprasidone sur les différentes réponses neuronales à l’affichage de stimuli émotionnels au niveau de la région préfrontale,particulièrement dans le cortex cingulaire antérieur [CCA], le cortex orbito-frontal [COF] et le cortex préfrontal dorso-latéral [CPFDL]. Nous avons examiné les activations cérébrales, chez des patients souffrants de schizophrénie avant et après médication à la ziprasidone, en leur présentant des séries d’images émotionnellement chargées (négatives, neutres et positives) associées à différentes instructions quand aux types d’images qu’ils devaient sélectionner (négatives,neutres et positives). Nous avons analysé les différents changements d’activation (avant et après médication) essentiellement pour les valences extrêmes des stimuli (positives et négatives), ensuite nous avons regardé l’effet du type d’instruction sur ces changements. L’échantillon comprenait 13 patients atteints de schizophrénie et 15 témoins sains. Nous avons également effectué une évaluation clinique des symptômes dépressifs, positifs et négatifs de la maladie ainsi que des mesures biochimiques et de poids avant et après 16 semaines de médication. Malgré l’absence de changement significatif sur les mesures cliniques (PANSS et Dépression) avant et après une moyenne de 14.3 semaines de médication à la ziprasidone, plusieurs régions préfrontales (CCA, COF, CPDL) ont sensiblement accru leur réponse aux stimuli positifs par rapport aux stimuli négatifs. En outre, dans les régions habituellement impliquées dans le contrôle cognitif (CCA et CPFDL), cette tendance s'est accentuée lorsque les patients ont été invités à ne sélectionner que les stimuli négatifs (effet du type d’instruction). Nous avons également trouvé plusieurs similitudes dans le fonctionnement préfrontal (à la fois dans le volume et la force d'activation) entre les contrôles sains et les patients après médication en tenant compte du type d’instruction plus que de la valence émotionnelle des images. Pour conclure, les résultats de la présente étude suggèrent que le traitement antipsychotique avec la ziprasidone améliore le fonctionnement cognitif lié au traitement de l'information émotionnelle dans le cortex préfrontal chez les patients souffrant de schizophrénie. Étant donné le mécanisme d'action neuro-pharmacologique de la ziprasidone (plus d'affinité pour la sérotonine que pour les récepteurs de la dopamine dans le cortex préfrontal), nous pensons que nos résultats démontrent que le contrôle cognitif et la régulation des réactions face à des stimuli émotionnellement chargés dans la schizophrénie sont liés à une plus forte concentration de dopamine dans les voies préfrontales.

Effets neurophysiologiques de la stimulation du nerf vague : implication dans le traitement de la dépression résistante et optimisation des paramètres de stimulation

La dépression est une pathologie grave qui, malgré de multiples stratégies thérapeutiques, demeure résistante chez un tiers des patients. Les techniques de stimulation cérébrale sont devenues une alternative intéressante pour les patients résistants à diverses pharmacothérapies. La stimulation du nerf vague (SNV) a ainsi fait preuve de son efficacité en clinique et a récemment été approuvée comme traitement additif pour la dépression résistante. Cependant, les mécanismes d’action de la SNV en rapport avec la dépression n’ont été que peu étudiés. Cette thèse a donc eu comme premier objectif de caractériser l’impact de la SNV sur les différents systèmes monoaminergiques impliqués dans la pathophysiologie de la dépression, à savoir la sérotonine (5-HT), la noradrénaline (NA) et la dopamine (DA), grâce à l’utilisation de techniques électrophysiologiques et de la microdialyse in vivo chez le rat. Des études précliniques avaient déjà révélé qu’une heure de SNV augmente le taux de décharge des neurones NA du locus coeruleus, et que 14 jours de stimulation sont nécessaires pour observer un effet comparable sur les neurones 5-HT. Notre travail a démontré que la SNV modifie aussi le mode de décharge des neurones NA qui présente davantage de bouffées, influençant ainsi la libération terminale de NA, qui est significativement augmentée dans le cortex préfrontal et l’hippocampe après 14 jours. L’augmentation de la neurotransmission NA s’est également manifestée par une élévation de l’activation tonique des récepteurs postsynaptiques α2-adrénergiques de l’hippocampe. Après lésion des neurones NA, nous avons montré que l’effet de la SNV sur les neurones 5-HT était indirect, et médié par le système NA, via l’activation des récepteurs α1-adrénergiques présents sur les neurones du raphé. Aussi, tel que les antidépresseurs classiques, la SNV augmente l’activation tonique des hétérorécepteurs pyramidaux 5-HT1A, dont on connait le rôle clé dans la réponse thérapeutique aux antidépresseurs. Par ailleurs, nous avons constaté que malgré une diminution de l’activité électrique des neurones DA de l’aire tegmentale ventrale, la SNV induit une augmentation de la DA extracellulaire dans le cortex préfrontal et particulièrement dans le noyau accumbens, lequel joue un rôle important dans les comportements de récompense et l’hédonie. Un deuxième objectif a été de caractériser les paramètres optimaux de SNV agissant sur la dépression, en utilisant comme indicateur le taux de décharge des neurones 5-HT. Des modalités de stimulation moins intenses se sont avérées aussi efficaces que les stimulations standards pour augmenter l’activité électrique des neurones 5-HT. Ces nouveaux paramètres de stimulation pourraient s’avérer bénéfiques en clinique, chez des patients ayant déjà répondu à la SNV. Ils pourraient minimiser les effets secondaires reliés aux périodes de stimulation et améliorer ainsi la qualité de vie des patients. Ainsi, ces travaux de thèse ont caractérisé l’influence de la SNV sur les trois systèmes monoaminergiques, laquelle s’avère en partie distincte de celle des antidépresseurs classiques tout en contribuant à son efficacité en clinique. D’autre part, les modalités de stimulation que nous avons définies seraient intéressantes à tester chez des patients recevant la SNV, car elles devraient contribuer à l’amélioration des bénéfices cliniques de cette thérapie.