Neurobiology of pathological gambling. Brain imaging and epidemiological studies

Pathological gambling, a form of behavioral addiction, refers to maladaptive, compulsive gambling behavior severely interfering with an individual’s normal life. The prevalence of pathological gambling has been estimated to be 1–2% in western societies. The reward deficiency hypothesis of addiction assumes that individuals that have, or are prone, to addictions have blunted mesolimbic dopamine reward signaling, which leads to compulsive reward seeking in an attempt to compensate for the malfunctioning brain reward network. In this research project, the effects of gambling were measured using brain [11C] raclopride PET during slot machine gambling and possible brain structural changes associated with pathological gambling using MRI. The subjects included pathological gamblers and healthy volunteers. In addition, impulse control disorders associated with Parkinson’s disease were investigated by using brain [18F]fluorodopa PET and conducting an epidemiological survey. The results demonstrate mesolimbic dopamine release during gambling in both pathological gamblers and healthy volunteers. Striatal dopamine was released irrespective of the gambling outcome, whether the subjects won or not. There was no difference in gambling induced dopamine release between pathological gamblers and control subjects, although the magnitude of the dopamine release correlated with gambling related symptom severity in pathological gamblers. The results also show that pathological gambling is associated with extensive abnormality of brain white matter integrity, as measured with diffusion tensor imaging, similar to substance-addictions. In Parkinson’s disease patients with impulse control disorders, enhanced brain [18F] fluorodopa uptake in the medial orbitofrontal cortex was observed, indicating increased presynaptic monoamine function in this region, which is known to influence signaling in the mesolimbic system and reward processing. Finally, a large epidemiological survey in Finnish Parkinson’s disease patients showed that compulsive behaviors are very common in Parkinson disease and they are strongly associated with depression. These findings demonstrate the role of dopamine in pathological gambling, without support for the concept of reward deficiency syndrome.

The brain decade in debate: I. Neurobiology of learning and memory

This article is a transcription of an electronic symposium in which some active researchers were invited by the Brazilian Society for Neuroscience and Behavior (SBNeC) to discuss the last decade's advances in neurobiology of learning and memory. The way different parts of the brain are recruited during the storage of different kinds of memory (e.g., short-term vs long-term memory, declarative vs procedural memory) and even the property of these divisions were discussed. It was pointed out that the brain does not really store memories, but stores traces of information that are later used to create memories, not always expressing a completely veridical picture of the past experienced reality. To perform this process different parts of the brain act as important nodes of the neural network that encode, store and retrieve the information that will be used to create memories. Some of the brain regions are recognizably active during the activation of short-term working memory (e.g., prefrontal cortex), or the storage of information retrieved as long-term explicit memories (e.g., hippocampus and related cortical areas) or the modulation of the storage of memories related to emotional events (e.g., amygdala). This does not mean that there is a separate neural structure completely supporting the storage of each kind of memory but means that these memories critically depend on the functioning of these neural structures. The current view is that there is no sense in talking about hippocampus-based or amygdala-based memory since this implies that there is a one-to-one correspondence. The present question to be solved is how systems interact in memory. The pertinence of attributing a critical role to cellular processes like synaptic tagging and protein kinase A activation to explain the memory storage processes at the cellular level was also discussed.

A brain microdialysis study on 5-HT release in freely moving rat lines selectively bred for differential 5-HT1A receptor function

Breeding for high and low hypothermic responses to systemic administration of a serotonin1A (5-HT1A) receptor agonist (8-hydroxy-2-(di-n-propylamino)tetralin, 8-OH-DPAT) has resulted in high DPAT-sensitive (HDS) and low DPAT-sensitive (LDS) lines of rats, respectively. These lines also differ in several behavioral measures associated with stress. In the present microdialysis study we observed that basal 5-HT concentrations in the prefrontal cortex and dorsal hippocampus did not differ significantly between HDS and LDS rats. Thus, behavioral differences between the HDS and LDS lines might not be attributed to differences in basal 5-HT release. However, both lines had lower basal levels of 5-HT release than their randomly bred control group (random DPAT-sensitive, RDS) in the prefrontal cortex (mean ± SEM, pg/20 µl, was 3.0 ± 0.4 for LDS, 3.8 ± 0.3 for HDS and 6.4 ± 0.6 for RDS; F(2,59) = 5.8, P<0.005). The administration of (±)-fenfluramine (10 mg/kg) induced a greater increase in hippocampal 5-HT levels in HDS rats (500%) as compared with LDS (248%) or RDS (243%) rats (P<0.0001). There were no significant differences in the prefrontal cortex among lines, with a fenfluramine-induced 5-HT increase of about 900% in the three groups. This differential response to fenfluramine may be due to functional alterations of hippocampal 5-HT reuptake sites in the HDS line.

Engagement of multifocal neural circuits during recall of autobiographical happy events

Happy emotional states have not been extensively explored in functional magnetic resonance imaging studies using autobiographic recall paradigms. We investigated the brain circuitry engaged during induction of happiness by standardized script-driven autobiographical recall in 11 healthy subjects (6 males), aged 32.4 ± 7.2 years, without physical or psychiatric disorders, selected according to their ability to vividly recall personal experiences. Blood oxygen level-dependent (BOLD) changes were recorded during auditory presentation of personal scripts of happiness, neutral content and negative emotional content (irritability). The same uniform structure was used for the cueing narratives of both emotionally salient and neutral conditions, in order to decrease the variability of findings. In the happiness relative to the neutral condition, there was an increased BOLD signal in the left dorsal prefrontal cortex and anterior insula, thalamus bilaterally, left hypothalamus, left anterior cingulate gyrus, and midportions of the left middle temporal gyrus (P < 0.05, corrected for multiple comparisons). Relative to the irritability condition, the happiness condition showed increased activity in the left insula, thalamus and hypothalamus, and in anterior and midportions of the inferior and middle temporal gyri bilaterally (P < 0.05, corrected), varying in size between 13 and 64 voxels. Findings of happiness-related increased activity in prefrontal and subcortical regions extend the results of previous functional imaging studies of autobiographical recall. The BOLD signal changes identified reflect general aspects of emotional processing, emotional control, and the processing of sensory and bodily signals associated with internally generated feelings of happiness. These results reinforce the notion that happiness induction engages a wide network of brain regions.

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.

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.

Influence du vieillissement sur la réorganisation cérébrale dans la compréhension du discours : apport de l’imagerie optique

Au cours du vieillissement, des modifications dans la compréhension du discours ont été rapportées, attribuées en partie aux changements cognitifs encourus lors du vieillissement. Néanmoins, diverses études suggèrent une réorganisation cérébrale lors du vieillissement. Cette étude a pour but d'évaluer l'influence de l'âge lors d'une tâche de compréhension du discours à l'aide de l'imagerie optique. Comme première hypothèse, il est attendu que les participants jeunes auront plus de bonnes réponses au niveau des micropropositions et des macropropositions et des performances équivalentes au niveau du modèle de situation. La deuxième hypothèse est que les réseaux neuronaux utilisés lors de la compréhension du discours subiront une réorganisation cérébrale lors du vieillissement. Trente-deux participants ont pris part à cette étude : 16 jeunes adultes et 16 adultes âgés. Alors que les participants étaient sous enregistrement en imagerie optique au niveau du cortex préfrontal (CPF), ils ont lu des courtes histoires chacune suivie d’une phrase et devaient décider si elle était en accord ou non avec la précédente histoire. Les résultats ne montrent aucune différence entre les groupes au niveau de l’exactitude des réponses, contrairement à la littérature. Le CPF a été davantage activé par les adultes âgés comparativement aux jeunes adultes témoignant d’une réorganisation cérébrale.

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.

Rôle des circuits cortico-striataux dans la planification et l'exécution de règles lexicales

Des recherches, autant chez l’homme que chez l’animal, proposent qu’il existerait, au sein des réseaux cérébraux, une organisation anatomique parallèle de circuits qui coordonne l’activité des structures qui participent à la planification et à l’exécution d’une action. Dans cette foulée, un modèle émerge qui attribue au cortex préfrontal (CPF) latéral une spécificité anatomo-fonctionnelle basée sur les niveaux de traitement en mémoire de travail (MT). Il s’agit du modèle « niveaux de traitement-dépendant », qui accorde un rôle important au CPF latéral dans l’acquisition et la représentation de règles guidant nos comportements. Des études en neuroimagerie fonctionnelle, utilisant le Wisconsin Card Sorting Task (WCST) ont permis de corroborer ce modèle et de dissocier trois niveaux de traitement en MT non seulement au sein du CPF latéral mais encore aux structures sous- corticales, les ganglions de la base (GB). Ces études suggèrent que certains noyaux des GB seraient topographiquement organisés avec le CPF latéral et contriburaient, sous certaines conditions, à des processus cognitifs et moteurs semblables à leur homologue cortical. Le but de notre étude est d'explorer la généralisation de la contribution des GB et du CPF au modèle niveaux de traitement-dépendant afin de voir si ce dernier est indépendant de la nature des stimuli en mémoire de travail. À cet effet, nous avons modifié le WCST en l’appliquant à un autre domaine, celui du langage. Nous avons remplacé les pictogrammes par des mots et modifié les règles formes, couleurs, nombres, par des règles sémantiques et phonologiques. L’analyse des résultats a démontré que différentes parties des GB de concert avec différentes régions du CPF se différencient quant aux niveaux de traitement en MT et ce, indépendamment de la nature des stimuli. Une deuxième analyse a permis d’évaluer les patrons d’activations liés aux conditions sémantiques et phonologiques. Ces résultats ont mis en évidence que les réseaux préfrontaux semblent liés aux processus exécutifs nécessaires à la réalisation de la tâche, indépendamment de la condition tandis que les aires associatives se dissocient davantage et contiennent des réseaux propres à la sémantique et à la phonologie.

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.