Is sociality driven by the costs of dispersal or the benefits of philopatry? A role for kin-discrimination mechanisms.

The role of ecological constraints in promoting sociality is currently much debated. Using a direct-fitness approach, we show this role to depend on the kin-discrimination mechanisms underlying social interactions. Altruism cannot evolve under spatially based discrimination, unless ecological constraints prevent complete dispersal. Increasing constraints enhances both the proportion of philopatric (and thereby altruistic) individuals and the level of altruistic investments conceded in pairwise interactions. Familiarity-based discrimination, by contrast, allows philopatry and altruism to evolve at significant levels even in the absence of ecological constraints. Increasing constraints further enhances the proportion of philopatric (and thereby altruistic) individuals but not the level of altruism conceded. Ecological constraints are thus more likely to affect social evolution in species in which restricted cognitive abilities, large group size, and/or limited period of associative learning force investments to be made on the basis of spatial cues.

Behavioural and neural correlates of operant conditioning in Lymnaea stagnalis : role of previous experience during development /

The freshwater mollusc Lymnaea stagnalis was utilized in this study to further the understanding of how network properties change as a result of associative learning, and to determine whether or not this plasticity is dependent on previous experience during development. The respiratory and neural correlates of operant conditioning were first determined in normally reared Lymnaea. The same procedure was then applied to differentially reared Lymnaea, that is, animals that had never experienced aerial respiration during their development. The aim was to determine whether these animals would demonstrate the same responses to the training paradigm. In normally reared animals, a behavioural reduction in aerial respiration was accompanied by numerous changes within the neural network. Specifically, I provide evidence of changes at the level of the respiratory central pattern generator and the motor output. In the differentially reared animals, there was little behavioural data to suggest learning and memory. There were, however, significant differences in the network parameters, similar to those observed in normally reared animals. This demonstrated an effect of operant conditioning on differentially reared animals. In this thesis, I have identified additional correlates of operant conditioning in normally reared animals and provide evidence of associative learning in differentially reared animals. I conclude plasticity is not dependent on previous experience, but is rather ontogenetically programmed within the neural network.

Mécanismes de plasticité synaptique dans l’amygdale lors de la réactivation de la mémoire de peur auditive chez le rat : interaction dynamique des récepteurs NMDA et AMPA

La plasticité synaptique est une propriété indispensable à l’acquisition de la mémoire chez toutes les espèces étudiées, des invertébrés aux primates. La formation d’une mémoire débute par une phase de plasticité qui inclut une restructuration synaptique ; ensuite elle se poursuit par la consolidation de ces modifications, contribuant à la mémoire à long terme. Certaines mémoires redeviennent malléables lorsqu’elles sont rappelées. La trace mnésique entre alors dans une nouvelle de phase de plasticité, au cours de laquelle certaines composantes de la mémoire peuvent être mises à jour, puis reconsolidées. L’objectif de la présente thèse est d’étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sont activés lors du rappel d’une mémoire. Nous avons utilisé un modèle de conditionnement Pavlovien, combiné à l’administration d’agents pharmacologiques et à l’analyse quantitative de marqueurs de plasticité synaptique, afin d’étudier la dynamique de la mémoire de peur auditive chez des rats Sprague Dawley. La circuiterie neuronale et les mécanismes associatifs impliqués dans la neurobiologie de cette mémoire sont bien caractérisés, en particulier le rôle des récepteurs glutamatergiques de type NMDA et AMPA dans la plasticité synaptique et la consolidation. Nos résultats démontrent que le retour de la trace mnésique à un état de labilité nécessite l’activation des récepteurs NMDA dans l’amygdale baso-latérale à l’instant même du rappel, alors que les récepteurs AMPA sont requis pour l’expression comportementale de la réponse de peur conditionnée. D’autre part, les résultats identifient le rappel comme une phase bien plus dynamique que présumée, et suggèrent que l’expression de la peur conditionnée mette en jeu la régulation du trafic des récepteurs AMPA par les récepteurs NMDA. Le présent travail espère contribuer à la compréhension de la neurobiologie fondamentale de la mémoire. De plus, il propose une intégration des résultats aux modèles animaux d’étude des troubles psychologiques conséquents aux mémoires traumatiques chez l’humain, tels que les phobies et les syndromes de stress post-traumatiques.

Influence du sommeil sur l'analgésie placebo

La douleur est une expérience subjective multidimensionnelle pouvant être modulée par plusieurs facteurs cognitifs. L’impact des attentes liées à une expérience douloureuse imminente a été largement étudié dans un contexte d’analgésie placebo et il a été suggéré que la présence d’attentes conscientes de soulagement est nécessaire à la production d’une réduction de douleur. Par ailleurs, certaines études cliniques ont observé une amélioration thérapeutique après l’administration d’un placebo, même lors du sommeil, ce qui suggère qu’un effet placebo peut être rencontré même en absence d’attentes explicites de soulagement. La première étude de cette thèse vise donc à examiner si une réduction de douleur, ainsi qu’une diminution des perturbations du sommeil associées à des stimulations nociceptives expérimentales, peuvent être rencontrées suite à l’induction d’attentes de soulagement nocturne. Les résultats démontrent qu’une réduction de douleur et des perturbations du sommeil a effectivement été rapportée rétrospectivement suite à l’application d’un placebo, De plus, le traitement placebo semble moduler la réactivité à la douleur expérimentale durant le sommeil, en fonction des stades de sommeil dans lesquelles les stimulations sont présentées. Bien que le développement d’une analgésie placebo repose sur la génération d’attentes de soulagement, il semble que l’exposition préalable à un traitement efficace augmente l’ampleur de l’effet, ce qui suggère que des phénomènes d’apprentissage associatif puissent également être impliqués dans la genèse de ces effets. Comme un rôle du sommeil à été montré dans l’apprentissage et la mémorisation de plusieurs aptitudes, l’objectif de la seconde étude était d’examiner la possibilité que la présence d’un épisode de sommeil entre l’induction et l’évaluation d’un effet placebo puisse renforcer l’intégration des attentes et par conséquent, favoriser la production d’effets dépendants des attentes. Les résultats ont effectivement montré que le sommeil augmente l’association entre les attentes et le soulagement, et que celles-ci semblent liées à la durée relative de sommeil REM mesurée suite à l’induction. Dans l’ensemble cette thèse démontre que le sommeil peut influencer la production d’une analgésie placebo, et ce, à plusieurs niveaux.

L’effet du stress sur la douleur aiguë et chronique

Objectif : Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre l’effet du stress sur la douleur aiguë et chronique. Devis expérimental : 16 patients souffrant de douleur chronique lombalgique et 18 sujets contrôles ont participé à une étude d’imagerie par résonance magnétique (IRM) et ont collecté des échantillons de salive afin de quantifier les niveaux d’hormone de stress (i.e. cortisol) la journée de l’étude (réponse réactive) et durant les sept jours consécutifs suivants (réponse basale). Étude 1 : Une première étude a examiné le lien entre les niveaux de cortisol basal, le volume de l’hippocampe et l’activité cérébrale évoquée par la douleur thermique chez des patients souffrant de douleur chronique et les sujets contrôles. Les résultats révèlent que les patients souffrant de douleur chronique avaient des niveaux de cortisol plus élevés que ceux des sujets contrôles. Chez ces patients, un niveau élevé de cortisol était associé à un plus petit volume de l'hippocampe et à davantage d’activation dans le gyrus parahippocampique antérieure (une région impliquée dans l'anxiété anticipatoire et l'apprentissage associatif). De plus, une analyse de médiation a montré que le niveau de cortisol basal et la force de la réponse parahippocampique explique statistiquement l’association négative entre le volume de l'hippocampe et l'intensité de la douleur chronique. Ces résultats suggèrent que l’activité endocrinienne plus élevée chez les patients ayant un plus petit hippocampe modifie le fonctionnement du complexe hippocampique et contribue à l’intensité de la douleur chronique. Étude 2 : La deuxième étude a évalué la contribution de la réponse de stress réactif aux différences interindividuelles dans la perception de la douleur aiguë chez des patients souffrant de douleur chronique et chez des sujets normaux. Les deux groupes ont montré des augmentations significatives du niveau de cortisol en réponse à des stimulations nocives administrées dans un contexte d’IRM suggérant ainsi que la réactivité de l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien est préservée chez les patients lombalgiques. De plus, les individus présentant une réponse hormonale de stress plus forte ont rapporté moins de douleur et ont montré une réduction de l'activation cérébrale dans le noyau accumbens, dans le cortex cingulaire antérieur (CCA), le cortex somatosensoriel primaire, et l'insula postérieure. Des analyses de médiation ont indiqué que la douleur liée à l'activité du CCA explique statistiquement la relation entre la réponse de stress et le désagrément de la douleur rapportée par les participants. Enfin, des analyses complémentaires ont révélé que le stress réduit la connectivité fonctionnelle entre le CCA et le tronc cérébral pendant la douleur aiguë. Ces résultats indiquent que le stress réactif module la douleur et contribue à la variabilité interindividuelle de l'activité cérébrale et la réponse affective à la douleur. Discussion : Conjointement, ces études suggèrent dans un premier temps que la douleur chronique peut être exacerbée par une réponse physiologique inadéquate de l'organisme exposé à un stress récurrent, et en un second temps, que le CCA contribuerait à l'analgésie induite par le stress. Sur le plan conceptuel, ces études renforcent le point de vue prédominant suggérant que la douleur chronique induit des changements dans les systèmes cérébraux régissant les fonctions motivationnelles et affective de la douleur.

Comparación del efecto de mera exposición y el condicionamiento clásico en la formación de preferencias

El objetivo de este estudio fue comparar la eficacia del condicionamiento clásico (CC) y el efecto de mera exposición (ME), en condiciones supraliminales (2000 milisegundos –ms-), sobre la formación de preferencias hacia marcas publicitarias. Se realizó un experimento con diseño intrasujeto, donde se manipuló la variable tratamiento afectivo representada por los dos procedimientos a comparar y se midió la variable dependiente –preferencia hacia las marcas- a través de una tarea de elección forzosa y un diferencial semántico. En el experimento participaron 70 hombres, estudiantes de medicina de la Universidad del Rosario con edades entre 18 y 22 años. El CC se realizó a través de un procedimiento simultáneo y en ambas condiciones la variable independiente se expuso el estímulo 8 veces con una duración de 2000 ms. Los resultados mostraron que los dos procedimientos generaron preferencias en los sujetos, pero no diferencias significativas entre la efectividad de los procedimientos.

Regional response differences across the human amygdaloid complex during social conditioning

The amygdala is consistently implicated in biologically relevant learning tasks such as Pavlovian conditioning. In humans, the ability to identify individual faces based on the social outcomes they have predicted in the past constitutes a critical form of associative learning that can be likened to “social conditioning.” To capture such learning in a laboratory setting, participants learned about faces that predicted negative, positive, or neutral social outcomes. Participants reported liking or disliking the faces in accordance with their learned social value. During acquisition, we observed differential functional magnetic resonance imaging activation across the human amygdaloid complex consistent with previous lesion, electrophysiological, and functional neuroimaging data. A region of the medial ventral amygdala and a region of the dorsal amygdala/substantia innominata showed signal increases to both Negative and Positive faces, whereas a lateral ventral region displayed a linear representation of the valence of faces such that Negative > Positive > Neutral. This lateral ventral locus also differed from the dorsal and medial loci in that the magnitude of these responses was more resistant to habituation. These findings document a role for the human amygdala in social learning and reveal coarse regional dissociations in amygdala activity that are consistent with previous human and nonhuman animal data.

Acquisition of automatic imitation is sensitive to sensorimotor contingency

The associative sequence learning model proposes that the development of the mirror system depends on the same mechanisms of associative learning that mediate Pavlovian and instrumental conditioning. To test this model, two experiments used the reduction of automatic imitation through incompatible sensorimotor training to assess whether mirror system plasticity is sensitive to contingency (i.e., the extent to which activation of one representation predicts activation of another). In Experiment 1, residual automatic imitation was measured following incompatible training in which the action stimulus was a perfect predictor of the response (contingent) or not at all predictive of the response (noncontingent). A contingency effect was observed: There was less automatic imitation indicative of more learning in the contingent group. Experiment 2 replicated this contingency effect and showed that, as predicted by associative learning theory, it can be abolished by signaling trials in which the response occurs in the absence of an action stimulus. These findings support the view that mirror system development depends on associative learning and indicate that this learning is not purely Hebbian. If this is correct, associative learning theory could be used to explain, predict, and intervene in mirror system development.

Can Rachman’s indirect pathways be used to un-learn fear? A prospective paradigm to test whether children’s fears can be reduced using positive information and modelling a non-anxious response

This study investigated whether children’s fears could be un-learned using Rachman’s indirect pathways for learning fear. We hypothesised that positive information and modelling a non-anxious response are effective methods of un-learning fears acquired through verbal information. One hundred and seven children aged 6–8 years received negative information about one animal and no information about another. Fear beliefs and behavioural avoidance were measured. Children were randomised to receive positive verbal information, modelling, or a control task. Fear beliefs and behavioural avoidance were measured again. Positive information and modelling led to lower fear beliefs and behavioural avoidance than the control condition. Positive information was more effective than modelling in reducing fear beliefs and both methods significantly reduced behavioural avoidance. The results support Rachman’s indirect pathways as viable fear un-learning pathways and supports associative learning theories.

Linguistic relativity in SLA: towards a new research programme

The purpose of the current article is to support the investigation of linguistic relativity in second language acquisition and sketch methodological and theoretical prerequisites toward developing the domain into a full research program. We identify and discuss three theoretical-methodological components that we believe are needed to succeed in this enterprise. First, we highlight the importance of using nonverbal methods to study linguistic relativity effects in second language (L2) speakers. The use of nonverbal tasks is necessary in order to avoid the circularity that arises when inferences about nonverbal behavior are made on the basis of verbal evidence alone. Second, we identify and delineate the likely cognitive mechanisms underpinning cognitive restructuring in L2 speakers by introducing the theoretical framework of associative learning. By doing so, we demonstrate that the extent and nature of cognitive restructuring in L2 speakers is essentially a function of variation in individual learners’ trajectories. Third, we offer an in-depth discussion of the factors (e.g., L2 proficiency and L2 use) that characterize those trajectories, anchoring them to the framework of associative learning, and reinterpreting their relative strength in predicting L2 speaker cognition

What is going on around here? Intolerance of uncertainty predicts threat generalization

Attending to stimuli that share perceptual similarity to learned threats is an adaptive strategy. However, prolonged threat generalization to cues signalling safety is considered a core feature of pathological anxiety. One potential factor that may sustain over-generalization is sensitivity to future threat uncertainty. To assess the extent to which Intolerance of Uncertainty (IU) predicts threat generalization, we recorded skin conductance in 54 healthy participants during an associative learning paradigm, where threat and safety cues varied in perceptual similarity. Lower IU was associated with stronger discrimination between threat and safety cues during acquisition and extinction. Higher IU, however, was associated with generalized responding to threat and safety cues during acquisition, and delayed discrimination between threat and safety cues during extinction. These results were specific to IU, over and above other measures of anxious disposition. These findings highlight: (1) a critical role of uncertainty-based mechanisms in threat generalization, and (2) IU as a potential risk factor for anxiety disorder development.

Repeated unrewarded scent exposure influences the food choice of stingless bee foragers, Melipona scutellaris

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Recent advances in brain physiology and cognitive processing

The discovery of participation of astrocytes as active elements in glutamatergic tripartite synapses (composed by functional units of two neurons and one astrocyte) has led to the construction of models of cognitive functioning in the human brain, focusing on associative learning, sensory integration, conscious processing and memory formation/retrieval. We have modelled human cognitive functions by means of an ensemble of functional units (tripartite synapses) connected by gap junctions that link distributed astrocytes, allowing the formation of intra- and intercellular calcium waves that putatively mediate large-scale cognitive information processing. The model contains a diagram of molecular mechanisms present in tripartite synapses and contributes to explain the physiological bases of cognitive functions. It can be potentially expanded to explain emotional functions and psychiatric phenomena. © MSM 2011.

Generalization of amygdala LTP and conditioned fear in the absence of presynaptic inhibition

Pavlovian fear conditioning, a simple form of associative learning, is thought to involve the induction of associative, NMDA receptor-dependent long-term potentiation (LTP) in the lateral amygdala. Using a combined genetic and electrophysiological approach, we show here that lack of a specific GABA(B) receptor subtype, GABA(B(1a,2)), unmasks a nonassociative, NMDA receptor-independent form of presynaptic LTP at cortico-amygdala afferents. Moreover, the level of presynaptic GABA(B(1a,2)) receptor activation, and hence the balance between associative and nonassociative forms of LTP, can be dynamically modulated by local inhibitory activity. At the behavioral level, genetic loss of GABA(B(1a)) results in a generalization of conditioned fear to nonconditioned stimuli. Our findings indicate that presynaptic inhibition through GABA(B(1a,2)) receptors serves as an activity-dependent constraint on the induction of homosynaptic plasticity, which may be important to prevent the generalization of conditioned fear.

Acquiring synaesthesia: insights from training studies

Synaesthesia denotes a condition of remarkable individual differences in experience characterized by specific additional experiences in response to normal sensory input. Synaesthesia seems to (i) run in families which suggests a genetic component, (ii) is associated with marked structural and functional neural differences, and (iii) is usually reported to exist from early childhood. Hence, synaesthesia is generally regarded as a congenital phenomenon. However, most synaesthetic experiences are triggered by cultural artifacts (e.g., letters, musical sounds). Evidence exists to suggest that synaesthetic experiences are triggered by the conceptual representation of their inducer stimuli. Cases were identified for which the specific synaesthetic associations are related to prior experiences and large scale studies show that grapheme-color associations in synaesthesia are not completely random. Hence, a learning component is inherently involved in the development of specific synaesthetic associations. Researchers have hypothesized that associative learning is the critical mechanism. Recently, it has become of scientific and public interest if synaesthetic experiences may be acquired by means of associative training procedures and whether the gains of these trainings are associated with similar cognitive benefits as genuine synaesthetic experiences. In order to shed light on these issues and inform synaesthesia researchers and the general interested public alike, we provide a comprehensive literature review on developmental aspects of synaesthesia and specific training procedures in non-synaesthetes. Under the light of a clear working definition of synaesthesia, we come to the conclusion that synaesthesia can potentially be learned by the appropriate training.