Étude des mécanismes de localisation auditive et de leur plasticité dans le cortex auditif humain.

Pouvoir déterminer la provenance des sons est fondamental pour bien interagir avec notre environnement. La localisation auditive est une faculté importante et complexe du système auditif humain. Le cerveau doit décoder le signal acoustique pour en extraire les indices qui lui permettent de localiser une source sonore. Ces indices de localisation auditive dépendent en partie de propriétés morphologiques et environnementales qui ne peuvent être anticipées par l'encodage génétique. Le traitement de ces indices doit donc être ajusté par l'expérience durant la période de développement. À l’âge adulte, la plasticité en localisation auditive existe encore. Cette plasticité a été étudiée au niveau comportemental, mais on ne connaît que très peu ses corrélats et mécanismes neuronaux. La présente recherche avait pour objectif d'examiner cette plasticité, ainsi que les mécanismes d'encodage des indices de localisation auditive, tant sur le plan comportemental, qu'à travers les corrélats neuronaux du comportement observé. Dans les deux premières études, nous avons imposé un décalage perceptif de l’espace auditif horizontal à l’aide de bouchons d’oreille numériques. Nous avons montré que de jeunes adultes peuvent rapidement s’adapter à un décalage perceptif important. Au moyen de l’IRM fonctionnelle haute résolution, nous avons observé des changements de l’activité corticale auditive accompagnant cette adaptation, en termes de latéralisation hémisphérique. Nous avons également pu confirmer l’hypothèse de codage par hémichamp comme représentation de l'espace auditif horizontal. Dans une troisième étude, nous avons modifié l’indice auditif le plus important pour la perception de l’espace vertical à l’aide de moulages en silicone. Nous avons montré que l’adaptation à cette modification n’était suivie d’aucun effet consécutif au retrait des moulages, même lors de la toute première présentation d’un stimulus sonore. Ce résultat concorde avec l’hypothèse d’un mécanisme dit de many-to-one mapping, à travers lequel plusieurs profils spectraux peuvent être associés à une même position spatiale. Dans une quatrième étude, au moyen de l’IRM fonctionnelle et en tirant profit de l’adaptation aux moulages de silicone, nous avons révélé l’encodage de l’élévation sonore dans le cortex auditif humain.

Information-Based Approaches of Noninvasive Transcranial Brain Stimulation

Progress in cognitive neuroscience relies on methodological developments to increase the specificity of knowledge obtained regarding brain function. For example, in functional neuroimaging the current trend is to study the type of information carried by brain regions rather than simply compare activation levels induced by task manipulations. In this context noninvasive transcranial brain stimulation (NTBS) in the study of cognitive functions may appear coarse and old fashioned in its conventional uses. However, in their multitude of parameters, and by coupling them with behavioral manipulations, NTBS protocols can reach the specificity of imaging techniques. Here we review the different paradigms that have aimed to accomplish this in both basic science and clinical settings and follow the general philosophy of information-based approache

Circus Workshop in the chid Psychiatry

The following paper is about the possible psychological effects of social circus, and our experiences with teaching circus methods in children psychiatry. In the beginning the paper try to place social circus in a wider theoretical frame, and searches for the place of it among psychological methods and therapies. We look at the wider and the more specific psychological constructs, what can be effected by social circus, especially the factors which are damaged in children with psycological or psychiatrycal problems. We examine the different parts of circus, how they can help in different problems. The further aim is to research the effects of a continuous social circus group, and to find it’s own way among psychotherapies.

Modifications neurométaboliques et microstructurales à la suite d'une commotion cérébrale chez les athlètes féminines.

L’utilisation de méthodes d’investigation cérébrale avancées a permis de mettre en évidence la présence d’altérations à court et à long terme à la suite d’une commotion cérébrale. Plus spécifiquement, des altérations affectant l’intégrité de la matière blanche et le métabolisme cellulaire ont récemment été révélées par l’utilisation de l’imagerie du tenseur de diffusion (DTI) et la spectroscopie par résonance magnétique (SRM), respectivement. Ces atteintes cérébrales ont été observées chez des athlètes masculins quelques jours après la blessure à la tête et demeuraient détectables lorsque les athlètes étaient à nouveau évalués six mois post-commotion. En revanche, aucune étude n’a évalué les effets neurométaboliques et microstructuraux dans la phase aigüe et chronique d’une commotion cérébrale chez les athlètes féminines, malgré le fait qu’elles présentent une susceptibilité accrue de subir ce type de blessure, ainsi qu’un nombre plus élevé de symptômes post-commotionnels et un temps de réhabilitation plus long. Ainsi, les études composant le présent ouvrage visent globalement à établir le profil d’atteintes microstructurales et neurométaboliques chez des athlètes féminines par l’utilisation du DTI et de la SRM. La première étude visait à évaluer les changements neurométaboliques au sein du corps calleux chez des joueurs et joueuses de hockey au cours d’une saison universitaire. Les athlètes ayant subi une commotion cérébrale pendant la saison ont été évalués 72 heures, 2 semaines et 2 mois après la blessure à la tête en plus des évaluations pré et post-saison. Les résultats démontrent une absence de différences entre les athlètes ayant subi une commotion cérébrale et les athlètes qui n’en ont pas subie. De plus, aucune différence entre les données pré et post-saison a été observée chez les athlètes masculins alors qu’une diminution du taux de N-acetyl aspartate (NAA) n’a été mise en évidence chez les athlètes féminines, suggérant ainsi un impact des coups d’intensité sous-clinique à la tête. La deuxième étude, qui utilisait le DTI et la SRM, a révélé des atteintes chez des athlètes féminines commotionnées asymptomatiques en moyenne 18 mois post-commotion. Plus spécifiquement, la SRM a révélé une diminution du taux de myo-inositol (mI) au sein de l’hippocampe et du cortex moteur primaire (M1) alors que le DTI a mis en évidence une augmentation de la diffusivité moyenne (DM) dans plusieurs faisceaux de matière blanche. De iii plus, une approche par région d’intérêt a mis en évidence une diminution de la fraction d’anisotropie (FA) dans la partie du corps calleux projetant vers l’aire motrice primaire. Le troisième article évaluait des athlètes ayant subi une commotion cérébrale dans les jours suivant la blessure à la tête (7-10 jours) ainsi que six mois post-commotion avec la SRM. Dans la phase aigüe, des altérations neuropsychologiques combinées à un nombre significativement plus élevé de symptômes post-commotionnels et dépressifs ont été trouvés chez les athlètes féminines commotionnées, qui se résorbaient en phase chronique. En revanche, aucune différence sur le plan neurométabolique n’a été mise en évidence entre les deux groupes dans la phase aigüe. Dans la phase chronique, les athlètes commotionnées démontraient des altérations neurométaboliques au sein du cortex préfrontal dorsolatéral (CPDL) et M1, marquées par une augmentation du taux de glutamate/glutamine (Glx). De plus, une diminution du taux de NAA entre les deux temps de mesure était présente chez les athlètes contrôles. Finalement, le quatrième article documentait les atteintes microstructurales au sein de la voie corticospinale et du corps calleux six mois suivant une commotion cérébrale. Les analyses n’ont démontré aucune différence au sein de la voie corticospinale alors que des différences ont été relevées par segmentation du corps calleux selon les projections des fibres calleuses. En effet, les athlètes commotionnées présentaient une diminution de la DM et de la diffusivité radiale (DR) au sein de la région projetant vers le cortex préfrontal, un volume moindre des fibres de matière blanche dans la région projetant vers l’aire prémotrice et l’aire motrice supplémentaire, ainsi qu’une diminution de la diffusivité axiale (DA) dans la région projetant vers l’aire pariétale et temporale. En somme, les études incluses dans le présent ouvrage ont permis d’approfondir les connaissances sur les effets métaboliques et microstructuraux des commotions cérébrales et démontrent des effets délétères persistants chez des athlètes féminines. Ces données vont de pair avec la littérature scientifique qui suggère que les commotions cérébrales n’entraînent pas seulement des symptômes temporaires.

Classifying Child Maltreatment by Brain Imaging Data

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-08

Neuroreceptor availability and cerebral morphology in human obesity

Obesity is a major challenge to human health worldwide. Little is known about the brain mechanisms that are associated with overeating and obesity in humans. In this project, multimodal neuroimaging techniques were utilized to study brain neurotransmission and anatomy in obesity. Bariatric surgery was used as an experimental method for assessing whether the possible differences between obese and non-obese individuals change following the weight loss. This could indicate whether obesity-related altered neurotransmission and cerebral atrophy are recoverable or whether they represent stable individual characteristics. Morbidly obese subjects (BMI ≥ 35 kg/m2) and non-obese control subjects (mean BMI 23 kg/m2) were studied with positron emission tomography (PET) and magnetic resonance imaging (MRI). In the PET studies, focus was put on dopaminergic and opioidergic systems, both of which are crucial in the reward processing. Brain dopamine D2 receptor (D2R) availability was measured using [11C]raclopride and µ-opioid receptor (MOR) availability using [11C]carfentanil. In the MRI studies, voxel-based morphometry (VBM) of T1-weighted MRI images was used, coupled with diffusion tensor imaging (DTI). Obese subjects underwent bariatric surgery as their standard clinical treatment during the study. Preoperatively, morbidly obese subjects had significantly lower MOR availability but unaltered D2R availability in several brain regions involved in reward processing, including striatum, insula, and thalamus. Moreover, obesity disrupted the interaction between the MOR and D2R systems in ventral striatum. Bariatric surgery and concomitant weight loss normalized MOR availability in the obese, but did not influence D2R availability in any brain region. Morbidly obese subjects had also significantly lower grey and white matter densities globally in the brain, but more focal changes were located in the areas associated with inhibitory control, reward processing, and appetite. DTI revealed also signs of axonal damage in the obese in corticospinal tracts and occipito-frontal fascicles. Surgery-induced weight loss resulted in global recovery of white matter density as well as more focal recovery of grey matter density among obese subjects. Altogether these results show that the endogenous opioid system is fundamentally linked to obesity. Lowered MOR availability is likely a consequence of obesity and may mediate maintenance of excessive energy uptake. In addition, obesity has adverse effects on brain structure. Bariatric surgery however reverses MOR dysfunction and recovers cerebral atrophy. Understanding the opioidergic contribution to overeating and obesity is critical for developing new psychological or pharmacological treatments for obesity. The actual molecular mechanisms behind the positive change in structure and neurotransmitter function still remain unclear and should be addressed in the future research.

Cerebrotendinous xanthomatosis with bradyphrenia and psychiatric disorders: a case with 18F-FDG PET imaging and a literature review

Background and Objectives: Cerebrotendinous xanthomatosis (CTX) is a rare autosomal recessive lipid-storage disease caused by mutations in the CYP27A1. The purpose of this study is to determine the clinical characteristics, neuroimaging and mutation detect in a family with CTX systematically. Methods: Collecting history materials and detecting the routine clinical biochemical tests and imaging examination, and for the first time taking the whole body positron emission tomography (PET)-CT examination for probed in the world to research abnormal metabolism activities in CTX. To observe the effect of treatment with chenodeoxycholic acid (CDCA) and stains before and after the intervention, using serum lipid level detection and neuropsychological evaluation. Genetic testing was carried out to screen the nine exons and exon-intron boundaries about 200-300bq of CYP27A1. Results: A 37-year-old woman with typical clinical characteristics of CTX. Magnetic resonance imaging (MRI) of brain showed bilateral lesions in the dentate nucleus of the cerebellum, then, PET images revealed multiple abnormal hypermetabolism areas at distal tendon, and multifocal areas of hypometabolism in bilateral sides of cerebellar hemispheres, the frontal lobe and temporal lobe. Histopathology reveals accumulation of xanthoma cells and dispersed lipid crystal clefts in xanthomas. In genetic analysis, it shown an insertion of cytosine (77-78insC) located in the first exon of CYP27A1 in the proband. Conclusions: We found that a Chinese patient presented a typical clinical feature of CTX along with clear correlation on both structural and functional imaging had a novel mutation in the CYP27A1 gene.

Pseudoneglect and visual attention networks

Pseudoneglect represents the tendency for healthy individuals to show a slight but consistent bias in favour of stimuli appearing in the left visual field. The bias is often measured using variants of the line bisection task. An accurate model of the functional architecture of the visuospatial attention system must account for this widely observed phenomenon, as well as for modulation of the direction and magnitude of the bias within individuals by a variety of factors relating to the state of the participant and/or stimulus characteristics. To date, the neural correlates of pseudoneglect remain relatively unmapped. In the current thesis, I employed a combination of psychophysical measurements, electroencephalography (EEG) recording and transcranial direct current stimulation (tDCS) in an attempt to probe the neural generator(s) of pseudoneglect. In particular, I wished to utilise and investigate some of the factors known to modulate the bias (including age, time-on-task and the length of the to-be-bisected line) in order to identify neural processes and activity that are necessary and sufficient for the lateralized bias to arise. Across four experiments utilising a computerized version of a perceptual line bisection task, pseudoneglect was consistently observed at baseline in healthy young participants. However, decreased line length (experiments 1, 2 and 3), time-on-task (experiment 1) and healthy aging (experiment 3) were all found to modulate the bias. Specifically, all three modulations induced a rightward shift in subjective midpoint estimation. Additionally, the line length and time-on-task effects (experiment 1) and the line length and aging effects (experiment 3) were found to have additive relationships. In experiment 2, EEG measurements revealed the line length effect to be reflected in neural activity 100 – 200ms post-stimulus onset over source estimated posterior regions of the right hemisphere (RH: temporo-parietal junction (TPJ)). Long lines induced a hemispheric asymmetry in processing (in favour of the RH) during this period that was absent in short lines. In experiment 4, bi-parietal tDCS (Left Anodal/Right Cathodal) induced a polarity-specific rightward shift in bias, highlighting the crucial role played by parietal cortex in the genesis of pseudoneglect. The opposite polarity (Left Cathodal/Right Anodal) did not induce a change in bias. The combined results from the four experiments of the current thesis provide converging evidence as to the crucial role played by the RH in the genesis of pseudoneglect and in the processing of visual input more generally. The reduction in pseudoneglect with decreased line length, increased time-on-task and healthy aging may be explained by a reduction in RH function, and hence contribution to task processing, induced by each of these modulations. I discuss how behavioural and neuroimaging studies of pseudoneglect (and its various modulators) can provide empirical data upon which accurate formal models of visuospatial attention networks may be based and further tested.

An Exploration of Auditory Brainstem Encoding of Stop Consonants in Infants and Implications for Language Outcomes

Current trends in speech-language pathology focus on early intervention as the preferred tool for promoting the best possible outcomes in children with language disorders. Neuroimaging techniques are being studied as promising tools for flagging at-risk infants. In this study, the auditory brainstem response (ABR) to the syllables /ba/ and /ga/ was examined in 41 infants between 3 and 12 months of age as a possible tool to predict language development in toddlerhood. The MacArthur-Bates Communicative Development Inventory (MCDI) was used to assess language development at 18 months of age. The current study compared the periodicity of the responses to the stop consonants and phase differences between /ba/ and /ga/ in both at-risk and low-risk groups. The study also examined whether there are correlations among ABR measures (periodicity and phase differentiation) and language development. The study found that these measures predict language development at 18 months.

Étude des mécanismes de localisation auditive et de leur plasticité dans le cortex auditif humain

Pouvoir déterminer la provenance des sons est fondamental pour bien interagir avec notre environnement. La localisation auditive est une faculté importante et complexe du système auditif humain. Le cerveau doit décoder le signal acoustique pour en extraire les indices qui lui permettent de localiser une source sonore. Ces indices de localisation auditive dépendent en partie de propriétés morphologiques et environnementales qui ne peuvent être anticipées par l'encodage génétique. Le traitement de ces indices doit donc être ajusté par l'expérience durant la période de développement. À l’âge adulte, la plasticité en localisation auditive existe encore. Cette plasticité a été étudiée au niveau comportemental, mais on ne connaît que très peu ses corrélats et mécanismes neuronaux. La présente recherche avait pour objectif d'examiner cette plasticité, ainsi que les mécanismes d'encodage des indices de localisation auditive, tant sur le plan comportemental, qu'à travers les corrélats neuronaux du comportement observé. Dans les deux premières études, nous avons imposé un décalage perceptif de l’espace auditif horizontal à l’aide de bouchons d’oreille numériques. Nous avons montré que de jeunes adultes peuvent rapidement s’adapter à un décalage perceptif important. Au moyen de l’IRM fonctionnelle haute résolution, nous avons observé des changements de l’activité corticale auditive accompagnant cette adaptation, en termes de latéralisation hémisphérique. Nous avons également pu confirmer l’hypothèse de codage par hémichamp comme représentation de l'espace auditif horizontal. Dans une troisième étude, nous avons modifié l’indice auditif le plus important pour la perception de l’espace vertical à l’aide de moulages en silicone. Nous avons montré que l’adaptation à cette modification n’était suivie d’aucun effet consécutif au retrait des moulages, même lors de la toute première présentation d’un stimulus sonore. Ce résultat concorde avec l’hypothèse d’un mécanisme dit de many-to-one mapping, à travers lequel plusieurs profils spectraux peuvent être associés à une même position spatiale. Dans une quatrième étude, au moyen de l’IRM fonctionnelle et en tirant profit de l’adaptation aux moulages de silicone, nous avons révélé l’encodage de l’élévation sonore dans le cortex auditif humain.

The “handwriting brain”: a motor/linguistic network with specialized “writing-specific” areas?

International audience

EFFECTS OF AGING ON MIDBRAIN AND CORTICAL SPEECH-IN-NOISE PROCESSING

Older adults frequently report that they can hear what they have been told but cannot understand the meaning. This is particularly true in noisy conditions, where the additional challenge of suppressing irrelevant noise (i.e. a competing talker) adds another layer of difficulty to their speech understanding. Hearing aids improve speech perception in quiet, but their success in noisy environments has been modest, suggesting that peripheral hearing loss may not be the only factor in the older adult’s perceptual difficulties. Recent animal studies have shown that auditory synapses and cells undergo significant age-related changes that could impact the integrity of temporal processing in the central auditory system. Psychoacoustic studies carried out in humans have also shown that hearing loss can explain the decline in older adults’ performance in quiet compared to younger adults, but these psychoacoustic measurements are not accurate in describing auditory deficits in noisy conditions. These results would suggest that temporal auditory processing deficits could play an important role in explaining the reduced ability of older adults to process speech in noisy environments. The goals of this dissertation were to understand how age affects neural auditory mechanisms and at which level in the auditory system these changes are particularly relevant for explaining speech-in-noise problems. Specifically, we used non-invasive neuroimaging techniques to tap into the midbrain and the cortex in order to analyze how auditory stimuli are processed in younger (our standard) and older adults. We will also attempt to investigate a possible interaction between processing carried out in the midbrain and cortex.

Neurophysiologie du langage : apports de la neuro-imagerie et état des connaissances

International audience

Langage et cerveau : vingt ans d’imagerie fonctionnelle

International audience

Modifications neurométaboliques et microstructurales à la suite d'une commotion cérébrale chez les athlètes féminines

L’utilisation de méthodes d’investigation cérébrale avancées a permis de mettre en évidence la présence d’altérations à court et à long terme à la suite d’une commotion cérébrale. Plus spécifiquement, des altérations affectant l’intégrité de la matière blanche et le métabolisme cellulaire ont récemment été révélées par l’utilisation de l’imagerie du tenseur de diffusion (DTI) et la spectroscopie par résonance magnétique (SRM), respectivement. Ces atteintes cérébrales ont été observées chez des athlètes masculins quelques jours après la blessure à la tête et demeuraient détectables lorsque les athlètes étaient à nouveau évalués six mois post-commotion. En revanche, aucune étude n’a évalué les effets neurométaboliques et microstructuraux dans la phase aigüe et chronique d’une commotion cérébrale chez les athlètes féminines, malgré le fait qu’elles présentent une susceptibilité accrue de subir ce type de blessure, ainsi qu’un nombre plus élevé de symptômes post-commotionnels et un temps de réhabilitation plus long. Ainsi, les études composant le présent ouvrage visent globalement à établir le profil d’atteintes microstructurales et neurométaboliques chez des athlètes féminines par l’utilisation du DTI et de la SRM. La première étude visait à évaluer les changements neurométaboliques au sein du corps calleux chez des joueurs et joueuses de hockey au cours d’une saison universitaire. Les athlètes ayant subi une commotion cérébrale pendant la saison ont été évalués 72 heures, 2 semaines et 2 mois après la blessure à la tête en plus des évaluations pré et post-saison. Les résultats démontrent une absence de différences entre les athlètes ayant subi une commotion cérébrale et les athlètes qui n’en ont pas subie. De plus, aucune différence entre les données pré et post-saison a été observée chez les athlètes masculins alors qu’une diminution du taux de N-acetyl aspartate (NAA) n’a été mise en évidence chez les athlètes féminines, suggérant ainsi un impact des coups d’intensité sous-clinique à la tête. La deuxième étude, qui utilisait le DTI et la SRM, a révélé des atteintes chez des athlètes féminines commotionnées asymptomatiques en moyenne 18 mois post-commotion. Plus spécifiquement, la SRM a révélé une diminution du taux de myo-inositol (mI) au sein de l’hippocampe et du cortex moteur primaire (M1) alors que le DTI a mis en évidence une augmentation de la diffusivité moyenne (DM) dans plusieurs faisceaux de matière blanche. De iii plus, une approche par région d’intérêt a mis en évidence une diminution de la fraction d’anisotropie (FA) dans la partie du corps calleux projetant vers l’aire motrice primaire. Le troisième article évaluait des athlètes ayant subi une commotion cérébrale dans les jours suivant la blessure à la tête (7-10 jours) ainsi que six mois post-commotion avec la SRM. Dans la phase aigüe, des altérations neuropsychologiques combinées à un nombre significativement plus élevé de symptômes post-commotionnels et dépressifs ont été trouvés chez les athlètes féminines commotionnées, qui se résorbaient en phase chronique. En revanche, aucune différence sur le plan neurométabolique n’a été mise en évidence entre les deux groupes dans la phase aigüe. Dans la phase chronique, les athlètes commotionnées démontraient des altérations neurométaboliques au sein du cortex préfrontal dorsolatéral (CPDL) et M1, marquées par une augmentation du taux de glutamate/glutamine (Glx). De plus, une diminution du taux de NAA entre les deux temps de mesure était présente chez les athlètes contrôles. Finalement, le quatrième article documentait les atteintes microstructurales au sein de la voie corticospinale et du corps calleux six mois suivant une commotion cérébrale. Les analyses n’ont démontré aucune différence au sein de la voie corticospinale alors que des différences ont été relevées par segmentation du corps calleux selon les projections des fibres calleuses. En effet, les athlètes commotionnées présentaient une diminution de la DM et de la diffusivité radiale (DR) au sein de la région projetant vers le cortex préfrontal, un volume moindre des fibres de matière blanche dans la région projetant vers l’aire prémotrice et l’aire motrice supplémentaire, ainsi qu’une diminution de la diffusivité axiale (DA) dans la région projetant vers l’aire pariétale et temporale. En somme, les études incluses dans le présent ouvrage ont permis d’approfondir les connaissances sur les effets métaboliques et microstructuraux des commotions cérébrales et démontrent des effets délétères persistants chez des athlètes féminines. Ces données vont de pair avec la littérature scientifique qui suggère que les commotions cérébrales n’entraînent pas seulement des symptômes temporaires.