La plasticité cérébrale dans le vieillissement normal : effet de l’éducation formelle et de l’entraînement cognitif sur les mesures de potentiels évoqués

Le vieillissement normal est souvent associé à des changements cognitifs négatifs, notamment sur les performances cognitives. Cependant, des changements comportementaux et cérébraux positifs ont aussi été observés. Ces modifications indiquent l’existence d’une plasticité cérébrale dans le vieillissement normal. Ainsi, plusieurs facteurs ont été étudiés afin de mieux connaitre les modulateurs de cette plasticité dite positive. La plupart des études évaluant ce phénomène ont utilisé la technique d’imagerie par résonance magnétique alors que la technique des potentiels évoqués a été beaucoup moins utilisée. Cette technique est basée sur les enregistrements de l’activité électrique cérébrale très sensible aux changements anatomiques associés au vieillissement et permet donc d’observer de manière précise les variations du décours temporel des ondes éléctrophysiologiques lors du traitement des informations. Les travaux de cette thèse visent à étudier les modifications de plasticité cérébrale induites par des facteurs protecteurs/préventifs du vieillissement normal et notamment lors de la réalisation de tâches impliquant le contrôle attentionnel, grâce à l’analyse de signaux électroencéphalographiques en potentiels évoqués. Dans un premier temps, une description de l’analyse des données EEG en potentiels évoqués sera fournie, suivie d’une revue de littérature sur le contrôle attentionnel et les facteurs de plasticité dans le vieillissement normal (Chapitre 1). Cette revue de littérature mettra en avant, d’une part la diminution des capacités de contrôle de l’attention dans le vieillissement et d’autre part, les facteurs protecteurs du vieillissement ainsi que la plasticité cérébrale qui leur est associée. Ces facteurs sont connus pour avoir un effet positif sur le déficit lié à l’âge. La première étude de ce projet (Chapitre 2) vise à définir l’effet d’un facteur de réserve cognitive, le niveau d’éducation, sur les composantes des potentiels évoqués chez les personnes âgées. Cette étude mettra en avant une composante des potentiels évoqués, la P200, comme indice de plasticité lorsqu’elle est liée au niveau d’éducation. Cet effet sera observé sur deux tâches expérimentales faisant intervenir des processus de contrôle attentionnel. De plus, une différence d’épaisseur corticale sera observée : les personnes âgées ayant un plus haut niveau d’éducation ont un cortex cingulaire antérieur plus épais. La deuxième étude (Chapitre 3) cherche à déterminer, chez les personnes âgées, les modifications comportementales et en potentiels évoqués induites par trois entraînements cognitifs, entrainements visant l’amélioration de processus attentionnels différents : l’attention focalisée, l’attention divisée, ainsi que la modulation de l’attention. Au niveau comportemental, les entraînements induisent tous une amélioration des performances. Cependant, l’entraînement en modulation de l’attention est le seul à induire une amélioration du contrôle attentionnel. Les résultats éléctrophysiologiques indiquent la N200 comme composante sensible à la plasticité cérébrale à la suite d’entraînements cognitifs. L’entraînement en modulation de l’attention est le seul à induire une modification de cette composante dans toutes les conditions des tests. Les résultats de ces études suggèrent que les facteurs protecteurs du vieillissement permettent des changements positifs observés en potentiels évoqués. En effet, nous mettons en évidence des phénomènes de plasticité cérébrale des personnes âgées qui diffèrent selon leurs origines. L’impact de ces résultats ainsi que les limites et perspectives futures seront présentés en fin de thèse (Chapitre 4).

Développement et validation d’un index de prédiction des risques d’institutionnalisation et de décès pour le contrôle des variables confondantes non-mesurées dans la population âgée

Le biais de confusion est un défi majeur des études observationnelles, surtout s'ils sont induits par des caractéristiques difficiles, voire impossibles, à mesurer dans les banques de données administratives de soins de santé. Un des biais de confusion souvent présents dans les études pharmacoépidémiologiques est la prescription sélective (en anglais « prescription channeling »), qui se manifeste lorsque le choix du traitement dépend de l'état de santé du patient et/ou de son expérience antérieure avec diverses options thérapeutiques. Parmi les méthodes de contrôle de ce biais, on retrouve le score de comorbidité, qui caractérise l'état de santé d'un patient à partir de médicaments délivrés ou de diagnostics médicaux rapportés dans les données de facturations des médecins. La performance des scores de comorbidité fait cependant l'objet de controverses car elle semble varier de façon importante selon la population d'intérêt. Les objectifs de cette thèse étaient de développer, valider, et comparer les performances de deux scores de comorbidité (un qui prédit le décès et l’autre qui prédit l’institutionnalisation), développés à partir des banques de services pharmaceutiques de la Régie de l'assurance-maladie du Québec (RAMQ) pour leur utilisation dans la population âgée. Cette thèse vise également à déterminer si l'inclusion de caractéristiques non rapportées ou peu valides dans les banques de données administratives (caractéristiques socio-démographiques, troubles mentaux ou du sommeil), améliore la performance des scores de comorbidité dans la population âgée. Une étude cas-témoins intra-cohorte fut réalisée. La cohorte source consistait en un échantillon aléatoire de 87 389 personnes âgées vivant à domicile, répartie en une cohorte de développement (n=61 172; 70%) et une cohorte de validation (n=26 217; 30%). Les données ont été obtenues à partir des banques de données de la RAMQ. Pour être inclus dans l’étude, les sujets devaient être âgés de 66 ans et plus, et être membres du régime public d'assurance-médicaments du Québec entre le 1er janvier 2000 et le 31 décembre 2009. Les scores ont été développés à partir de la méthode du Framingham Heart Study, et leur performance évaluée par la c-statistique et l’aire sous les courbes « Receiver Operating Curves ». Pour le dernier objectif qui est de documenter l’impact de l’ajout de variables non-mesurées ou peu valides dans les banques de données au score de comorbidité développé, une étude de cohorte prospective (2005-2008) a été réalisée. La population à l'étude, de même que les données, sont issues de l'Étude sur la Santé des Aînés (n=1 494). Les variables d'intérêt incluaient statut marital, soutien social, présence de troubles de santé mentale ainsi que troubles du sommeil. Tel que décrit dans l'article 1, le Geriatric Comorbidity Score (GCS) basé sur le décès, a été développé et a présenté une bonne performance (c-statistique=0.75; IC95% 0.73-0.78). Cette performance s'est avérée supérieure à celle du Chronic Disease Score (CDS) lorsqu'appliqué dans la population à l'étude (c-statistique du CDS : 0.47; IC 95%: 0.45-0.49). Une revue de littérature exhaustive a montré que les facteurs associés au décès étaient très différents de ceux associés à l’institutionnalisation, justifiant ainsi le développement d'un score spécifique pour prédire le risque d'institutionnalisation. La performance de ce dernier s'est avérée non statistiquement différente de celle du score de décès (c-statistique institutionnalisation : 0.79 IC95% 0.77-0.81). L'inclusion de variables non rapportées dans les banques de données administratives n'a amélioré que de 11% la performance du score de décès; le statut marital et le soutien social ayant le plus contribué à l'amélioration observée. En conclusion, de cette thèse, sont issues trois contributions majeures. D'une part, il a été démontré que la performance des scores de comorbidité basés sur le décès dépend de la population cible, d'où l'intérêt du Geriatric Comorbidity Score, qui fut développé pour la population âgée vivant à domicile. D'autre part, les médicaments associés au risque d'institutionnalisation diffèrent de ceux associés au risque de décès dans la population âgé, justifiant ainsi le développement de deux scores distincts. Cependant, les performances des deux scores sont semblables. Enfin, les résultats indiquent que, dans la population âgée, l'absence de certaines caractéristiques ne compromet pas de façon importante la performance des scores de comorbidité déterminés à partir de banques de données d'ordonnances. Par conséquent, les scores de comorbidité demeurent un outil de recherche important pour les études observationnelles.

Using Ancillary Text to Index Web-based Multimedia Objects

PériCulture est le nom d'un projet de recherche à l'Université de Montréal qui fait partie d'un projet plus vaste basé à l'Université de Sherbrooke. Ce dernier visait à former un réseau de recherche pour la gestion du contenu culturel numérique canadien. L'objectif général de la recherche de PériCulture était d'étudier les méthodes d'indexation de contenus culturels non textuels sur le Web, plus spécifiquement des images. Les résultats de la recherche présentés ici s'appuient sur des travaux précédents en indexation d'images et en indexation automatique (de texte), par l'étude des propriétés du texte associé à des images dans un environnement réseau. Le but était de comprendre la façon dont le texte associé à des images sur des pages Web (appelé péritexte) peut être exploité pour indexer les images correspondantes. Nous avons étudié cette question dans le contexte de pages Web sélectionnées, c'est à dire : des pages de contenu culturel canadien contenant des objets multimédia auxquels était associé du texte (plus que simplement les noms de fichiers et les légendes) et qui étaient bilingues (anglais et français). Nous avons identifié les mots-clés utiles à l'indexation situés à proximité de l'objet décrit. Les termes d'indexation potentiels ont été identifiés dans diverses balises HTML et dans le texte intégral (chacun étant considéré comme une source différente de péritexte). Notre étude a révélé qu'un grand nombre de termes d'indexation utiles sont disponibles dans le péritexte de nombreux sites Web ayant un contenu culturel, et ce péritexte de différentes sources a une utilité variable dans la recherche d’information. Nos résultats suggèrent que ces termes peuvent être exploités de différentes manières dans les systèmes de recherche d’information pour améliorer les résultats de recherche.

Study of the subcellular localization of cell cycle regulator Cks1 and its impact on cancer

La progression dans le cycle cellulaire est contrôlée par de vagues oscillantes de cyclines et des kinases cycline-dépendantes (Cdk). Ces kinases sont régulées positivement par l’association des sous-unités cyclines régulatrices et négativement en se liant aux inhibiteurs de Cdk. Parmi ces derniers, p27 inhibe tous les complexes cycline-Cdk quelle que soit la phase cellulaire et agit en tant que régulateur négatif principal de la prolifération cellulaire dans une variété de cellules et de tissus. Intrinsèquement, p27 phosphorylé est ubiquitiné et dégradé par le complexe SCFSkp2-Cks1. Des études génétiques de la souris, ainsi que des examens cliniques chez l’homme, ont montré que p27 est un important suppresseur de tumeur. Le gène est rarement muté. Cependant, p27 est fréquemment réprimé dans les cancers humains en raison d’une augmentation de l’expression de Skp2 et de Cks1 dans le noyau, ce qui est généralement associée à un mauvais pronostic. La localisation subcellulaire de Cks1 est donc d'une importance primordiale dans le contrôle de la prolifération cellulaire. Les résultats récents de notre laboratoire ont montré une interaction entre Cks1 et les protéines de transport nucléaire importine α1 et β3. Aussi, l’analyse de la séquence primaire de Cks1 a également révélé un signal de localisation nucléaire classique (NLS) à son extrémité C-terminale. Des mutations ont été effectuées sur le NLS suspect pour déterminer si oui ou non l'import nucléaire de Cks1 était contrôlé par cette séquence. Un inhibiteur synthétique de l’importine β a également été utilisé pour étudier l’import de Cks1 dans le noyau. Les résultats indiquent que l’extrémité C-terminale de Cks1 est en effet un NLS puisque les mutations de Cks1 et l'inhibition de l’importine β conduisent, tous deux, à l'accumulation de Cks1 dans le cytoplasme. Ces résultats ont été utiles pour mieux comprendre le mécanisme régulant la localisation de Cks1. Toutefois, des travaux futurs sont nécessaires pour mieux comprendre l'impact de la séquestration cytoplasmique de Cks1 sur le cancer et ainsi espérer aboutir à l'identification de nouvelles cibles pharmacologiques impliqués dans la prolifération cellulaire.

Adaptation transculturelle et validation du questionnaire Upper Limb Functional Index (ULFI) pour la population canadienne française

Les troubles musculo-squelettiques du membre supérieur (TMS-MS) peuvent avoir un impact négatif sur l'autonomie d’une personne. À ce jour, il n’existe pas d’outils en français évaluant les limitations d'activités et les restrictions de participation, disposant de bonnes propriétés métrologiques et d'applicabilité dans un contexte clinique marqué par des contraintes de temps. L’Upper Limb Functional Index (ULFI), qui présente de bonnes qualités métrologiques et applicabilité clinique adéquate, s'avère un outil intéressant pour les ergothérapeutes de par son approche centrée sur la personne. Toutefois, il n'était disponible qu'en anglais et en espagnol. La présente recherche, constituée de deux études, visait à adapter l’ULFI à la population canadienne française et à évaluer ses propriétés métrologiques et son applicabilité clinique. La première étude a examiné sa cohérence interne, sa validité convergente et son applicabilité clinique auprès de 50 patients bilingues atteints de TMS-MS. La seconde étude visait à analyser sa fidélité test-retest et sa sensibilité au changement auprès de 60 patients francophones. Les résultats ont révélé que l'ULFI-CF possède des propriétés métrologiques solides : une cohérence interne élevée (α de Cronbach = 0,93), une excellente fidélité test-retest (CCI = 0,87-0,95), une excellente validité convergente (r = 0,70-0,85) et une sensibilité au changement de bonne à excellente (tailles d'effet = 0,49-0,88 et r = 0,64 pour la section 1). L'ULFI-CF démontre également une bonne applicabilité clinique. En conclusion, l’ULFI-CF s’avère un outil pertinent pour les cliniciens œuvrant auprès d’une clientèle canadienne française souffrant d'un TMS-MS dans un contexte clinique marqué par des contraintes de temps.

Localization and function of the endocannabinoid system throughout the retinogeniculate pathway of vervet monkeys

Le système endocannabinoïde (eCB) est présent dans le système nerveux central (SNC) de mammifères, incluant la rétine, et est responsable de la régulation de nombreux processus physiologiques. Bien que la présence du récepteur cannabinoïde de type 1 (CB1R) a bien été documenté dans la rétine de rongeurs et primates, il y a encore une controverse quant à la présence du récepteur cannabinoïde de type 2 (CB2R) au niveau du SNC. En utilisant la microscopie confocale, nous sommes les premiers à signaler les patrons d’expression du CB2R dans la rétine de singe. Nos résultats démontrent que le CB2R est exprimé exclusivement dans les cellules de Müller de la rétine du singe. En outre, nous avons comparé les différents patrons d’expression du système eCB dans la rétine de la souris, du toupaye, ainsi que du singe vervet et macaque. Nous rapportons que les distributions de CB1R, FAAH (fatty acid amid hydrolase), MAGL (monoacylglycerol lipase) et DAGLα (diacylglycerol lipase alpha) sont hautement conservées parmi ces espèces alors que CB2R et NAPE-PLD (N-acyl phosphatidylethanolamine phospholipase D) présentent différents profils d'expression. CB2R n'a pas été détecté dans les cellules neuronales de la rétine des primates. L’immunoréactivité de NAPE-PLD est présente dans les couches de la rétine de souris et toupayes, mais a été limitée à la couche des photorécepteurs des singes vervet et macaque. Pour étudier les corrélats neuronaux et le rôle de la signalisation du système eCB dans la rétine, nous avons établi un protocole standard pour l'électrorétinographie (ERG), puis enregistré la réponse ERG de la rétine après le blocage des récepteurs avec des antagonistes spécifiques pour CB1R (AM251) et CB2R (AM630). Comparé au témoin, dans des conditions photopiques, et à certaines intensités faibles du stimulus, le blocage de CB1R diminue l'amplitude de l'onde-b, alors qu’à des intensités plus élevées, le blocage de CB2R augmente l'amplitude des deux-ondes a et b. De plus, le blocage des récepteurs cannabinoïdes provoque une augmentation de la latence des deux ondes a et b. Dans des conditions d’adaptation à l'obscurité, le blocage de CB1R et CB2R réduit l’amplitudes de l'onde a seulement à des intensités plus élevées et réduit l’onde b à intensités plus faibles. Des augmentations significatives de latence ont été observées dans les deux cas. Ces résultats indiquent que les récepteurs CB1 et CB2 chez les primates non humains sont impliqués dans la fonction rétinienne conditions photopiques. En outre, nous avons évalué le profil d'expression du CB1R, de FAAH et de NAPE-PLD au-delà de la rétine dans le corps géniculé latéral des singes et nous rapportons pour la première fois que CB1R et FAAH sont exprimés davantage dans les couches magnocellulaires. La NAPE-PLD a été localisée à travers les couches magno- et parvocellulaires. Aucune de ces composantes n’est exprimée dans les couches koniocellulaires. Ces résultats nous aident à mieux comprendre les effets des cannabinoïdes sur le système visuel qui pourraient nous mener à trouver éventuellement de nouvelles cibles thérapeutiques.

Effets du vieillissement sur les index électrophysiologiques de l’évaluation des relations spatiales en mémoire de travail visuelle

Le processus de vieillissement humain est un processus complexe qui varie grandement d’une personne à l’autre. Malgré l’ampleur des recherches faites sur le sujet, il reste encore beaucoup à explorer et à comprendre. Cette thèse propose trois expériences qui nous permettent d’améliorer notre compréhension des changements qui s’opèrent dans la mémoire de travail visuelle et l’attention visuospatiale avec la prise en âge. La première expérience propose d’examiner les changements dans les capacités de mémoire de travail visuelle entre des jeunes adultes, des adultes âgés sains et des personnes atteintes de trouble cognitif léger (TCL). De plus, grâce à un suivi fait avec les personnes ayant un TCL, nous avons pu examiner si des différences existaient au niveau comportemental entre les âgés qui ont déclinés vers un type de démence et ceux dont l’état est resté stable. Plusieurs techniques peuvent être utilisées pour étudier les effets du vieillissement sur le cerveau. Les tests neuropsychologiques et les tâches comportementales présentées dans la première expérience en sont un exemple. La neuroimagerie peut aussi s’avérer particulièrement utile. En effet, certaines mesures électrophysiologiques, aussi appelées potentiels reliés aux évènements (PRE), sont associées à des fonctions cognitives précises. Ces composantes nous permettent de suivre ces processus et d’observer les modulations causées par les caractéristiques des stimuli ou l’âge par exemple. C’est le cas de la N2pc (négativité 2 postérieure controlatérale) et de la SPCN (sustained posterior contralateral negativity), des composantes électrophysiologiques liées respectivement à l’attention visuospatiale et la mémoire de travail visuelle. On connait bien ces deux composantes ainsi que les facteurs qui les modulent, or elles sont peu utilisées pour les changements qui occurrent dans l’attention et la mémoire de travail visuelle dans le cadre du processus de vieillissement. Les deuxième et troisième expériences proposent d’utiliser une tâche de recherche visuelle (nombre d’items de couleur et identification d’une relation spatiale entre deux items de couleur) afin d’explorer les changements observables sur ces composantes électrophysiologiques. La deuxième expérience examine l’efficacité d’un paradigme à présentations multiples (‘multiple frame’) afin de mesurer la N2pc et la SPCN chez de jeunes adultes. La troisième expérience a pour but d’examiner les effets du vieillissement normal sur l’amplitude et la latence de la N2pc et la SPCN en utilisant le même type de tâche de recherche visuelle.

Localisation du langage et de la mémoire verbale en magnétoencéphalographie

Dans le cadre de l’évaluation pré-chirurgicale de patients épileptiques, il est impératif de déterminer la spécialisation hémisphérique du langage, ainsi que de localiser les aires du langage au sein de cet hémisphère. De nouvelles méthodes d’évaluation non- invasives doivent être mises au point afin de diminuer les risques associés aux méthodes plus invasives telles que le test à l’amobarbital intracarotidien (TAI). L’objectif principal de cette thèse est donc de développer un protocole d’évaluation pré-chirurgicale alternatif et non-invasif à l’aide de la magnétoencéphalographie (MEG) pour la latéralisation et la localisation du langage, incluant la mémoire verbale qui serait éventuellement accessible à une population pédiatrique francophone épileptique. L’article 1 présente une recension de la littérature résumant les différentes études en MEG ayant pour objectif l’évaluation pré-chirurgicale du langage. Trente-sept articles en MEG ont été analysés pour déterminer quelles tâches permettaient d’obtenir les meilleurs résultats de latéralisation intrahémisphérique et de localisation du langage pour l’évaluation du langage réceptif et expressif chez des sujets neurologiquement sains et épileptiques. Parmi les tests retenus, l’épreuve de reconnaissance de mots permet d’évaluer le langage réceptif et la mémoire verbale, tandis que des épreuves de fluence verbale telles que la génération de verbes permettent d’évaluer le langage expressif de façon à obtenir de très bons résultats. L’article 2 a permis de valider un protocole auprès de sujets neurologiquement sains à l’aide des épreuves identifiées dans l’article 1. Le protocole utilisé comprend une tâche de langage réceptif et de mémoire verbale (une épreuve de reconnaissance de mots) et une tâche de langage expressif (une épreuve de fluence verbale). Suite à la validation du protocole à l’aide d’analyses par composantes principales, les épreuves ont été administrées à un groupe de patients épileptiques. Les index de latéralité et les analyses de sources i révèlent que la MEG permet de localiser et de latéraliser les fonctions langagières et pourrait donc être utilisée comme méthode d'évaluation du langage lors de l'évaluation pré- chirurgicale auprès de patients épileptiques. Toutefois, alors que l’épreuve de mémoire verbale a permis d’obtenir les meilleurs résultats auprès de l’ensemble des participants, l’épreuve de fluence verbale n’a fourni des informations supplémentaires que chez un seul patient et chez aucun participant neurologiquement sain. En résumé, les deux articles de cette thèse démontrent le potentiel clinique de la MEG pour l’évaluation pré-chirurgicale de patients souffrant d’une épilepsie réfractaire.

A Beacon based Localization System for Autonomous Mobile Robots and its Applications in Traffic and Transport Control

ACCURATE sensing of vehicle position and attitude is still a very challenging problem in many mobile robot applications. The mobile robot vehicle applications must have some means of estimating where they are and in which direction they are heading. Many existing indoor positioning systems are limited in workspace and robustness because they require clear lines-of-sight or do not provide absolute, driftfree measurements.The research work presented in this dissertation provides a new approach to position and attitude sensing system designed specifically to meet the challenges of operation in a realistic, cluttered indoor environment, such as that of an office building, hospital, industrial or warehouse. This is accomplished by an innovative assembly of infrared LED source that restricts the spreading of the light intensity distribution confined to a sheet of light and is encoded with localization and traffic information. This Digital Infrared Sheet of Light Beacon (DISLiB) developed for mobile robot is a high resolution absolute localization system which is simple, fast, accurate and robust, without much of computational burden or significant processing. Most of the available beacon's performance in corridors and narrow passages are not satisfactory, whereas the performance of DISLiB is very encouraging in such situations. This research overcomes most of the inherent limitations of existing systems.The work further examines the odometric localization errors caused by over count readings of an optical encoder based odometric system in a mobile robot due to wheel-slippage and terrain irregularities. A simple and efficient method is investigated and realized using an FPGA for reducing the errors. The detection and correction is based on redundant encoder measurements. The method suggested relies on the fact that the wheel slippage or terrain irregularities cause more count readings from the encoder than what corresponds to the actual distance travelled by the vehicle.The application of encoded Digital Infrared Sheet of Light Beacon (DISLiB) system can be extended to intelligent control of the public transportation system. The system is capable of receiving traffic status input through a GSM (Global System Mobile) modem. The vehicles have infrared receivers and processors capable of decoding the information, and generating the audio and video messages to assist the driver. The thesis further examines the usefulness of the technique to assist the movement of differently-able (blind) persons in indoor or outdoor premises of his residence.The work addressed in this thesis suggests a new way forward in the development of autonomous robotics and guidance systems. However, this work can be easily extended to many other challenging domains, as well.

Fluorescence characterization and gain studies on a dye-doped graded index polymer optical-fiber preform

Preparation of an appropriate optical-fiber preform is vital for the fabrication of graded-index polymer optical fibers (GIPOF), which are considered to be a good choice for providing inexpensive high bandwidth data links, for local area networks and telecommunication applications. Recent development of the interfacial gel polymerization technique has caused a dramatic reduction in the total attenuation in GIPOF, and this is one of the potential methods to prepare fiber preforms for the fabrication of dye-doped polymer-fiber amplifiers. In this paper, the preparation of a dye-doped graded-index poly(methyl methacrylate) (PMMA) rod by the interfacial gel polymerization method using a PMMA tube is reported. An organic compound of high-refractive index, viz., diphenyl phthalate (DPP), was used to obtain a graded-index distribution, and Rhodamine B (Rh B), was used to dope the PMMA rod. The refractive index profile of the rod was measured using an interferometric technique and the index exponent was estimated. The single pass gain of the rod was measured at a pump wavelength of 532 nm. The extent of doping of the Rh B in the preform was studied by axially exciting a thin slice of the rod with white light and measuring the spatial variation of the fluorescence intensity across the sample.