Nature of crossmodal plasticity in the blind brain and interplay with sight restoration

Thèse réalisée en cotutelle avec l'Université catholique de Louvain.

Étude du cortex prémoteur et préfrontal lors de la prise de décision pendant l'intégration temporelle des informations

Une variété de modèles sur le processus de prise de décision dans divers contextes présume que les sujets accumulent les évidences sensorielles, échantillonnent et intègrent constamment les signaux pour et contre des hypothèses alternatives. L'intégration continue jusqu'à ce que les évidences en faveur de l'une des hypothèses dépassent un seuil de critère de décision (niveau de preuve exigé pour prendre une décision). De nouveaux modèles suggèrent que ce processus de décision est plutôt dynamique; les différents paramètres peuvent varier entre les essais et même pendant l’essai plutôt que d’être un processus statique avec des paramètres qui ne changent qu’entre les blocs d’essais. Ce projet de doctorat a pour but de démontrer que les décisions concernant les mouvements d’atteinte impliquent un mécanisme d’accumulation temporelle des informations sensorielles menant à un seuil de décision. Pour ce faire, nous avons élaboré un paradigme de prise de décision basée sur un stimulus ambigu afin de voir si les neurones du cortex moteur primaire (M1), prémoteur dorsal (PMd) et préfrontal (DLPFc) démontrent des corrélats neuronaux de ce processus d’accumulation temporelle. Nous avons tout d’abord testé différentes versions de la tâche avec l’aide de sujets humains afin de développer une tâche où l’on observe le comportement idéal des sujets pour nous permettre de vérifier l’hypothèse de travail. Les données comportementales chez l’humain et les singes des temps de réaction et du pourcentage d'erreurs montrent une augmentation systématique avec l'augmentation de l'ambigüité du stimulus. Ces résultats sont cohérents avec les prédictions des modèles de diffusion, tel que confirmé par une modélisation computationnelle des données. Nous avons, par la suite, enregistré des cellules dans M1, PMd et DLPFc de 2 singes pendant qu'ils s'exécutaient à la tâche. Les neurones de M1 ne semblent pas être influencés par l'ambiguïté des stimuli mais déchargent plutôt en corrélation avec le mouvement exécuté. Les neurones du PMd codent la direction du mouvement choisi par les singes, assez rapidement après la présentation du stimulus. De plus, l’activation de plusieurs cellules du PMd est plus lente lorsque l'ambiguïté du stimulus augmente et prend plus de temps à signaler la direction de mouvement. L’activité des neurones du PMd reflète le choix de l’animal, peu importe si c’est une bonne réponse ou une erreur. Ceci supporte un rôle du PMd dans la prise de décision concernant les mouvements d’atteinte. Finalement, nous avons débuté des enregistrements dans le cortex préfrontal et les résultats présentés sont préliminaires. Les neurones du DLPFc semblent beaucoup plus influencés par les combinaisons des facteurs de couleur et de position spatiale que les neurones du PMd. Notre conclusion est que le cortex PMd est impliqué dans l'évaluation des évidences pour ou contre la position spatiale de différentes cibles potentielles mais assez indépendamment de la couleur de celles-ci. Le cortex DLPFc serait plutôt responsable du traitement des informations pour la combinaison de la couleur et de la position des cibles spatiales et du stimulus ambigu nécessaire pour faire le lien entre le stimulus ambigu et la cible correspondante.

fNIRS-EEG study of focal interictal epileptiform discharges

Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) acquired with electroencephalography (EEG) is a relatively new non-invasive neuroimaging technique with potential for long term monitoring of the epileptic brain. Simultaneous EEG-fNIRS recording allows the spatio-temporal reconstruction of the hemodynamic response in terms of the concentration changes in oxy-hemoglobin (HbO) and deoxy-hemoglobin (HbR) associated with recorded epileptic events such as interictal epileptic discharges (IEDs) or seizures. While most previous studies investigating fNIRS in epilepsy had limitations due to restricted spatial coverage and small sample sizes, this work includes a sufficiently large number of channels to provide an extensive bilateral coverage of the surface of the brain for a sample size of 40 patients with focal epilepsies. Topographic maps of significant activations due to each IED type were generated in four different views (dorsal, frontal, left and right) and were compared with the epileptic focus previously identified by an epileptologist. After excluding 5 patients due to the absence of IEDs and 6 more with mesial temporal foci too deep for fNIRS, we report that significant HbR (respectively HbO) concentration changes corresponding to IEDs were observed in 62% (resp. 38%) of patients with neocortical epilepsies. This HbR/HbO response was most significant in the epileptic focus region among all the activations in 28%/21% of patients.

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.

Culture organisationnelle et santé mentale au travail

Cette thèse doctorale poursuit l’objectif de mieux comprendre le rôle joué par la culture organisationnelle en tant que déterminant des problèmes de santé mentale dans la main-d’œuvre. Ceci, dans un contexte où les organisations font face à plusieurs défis importants pouvant affecter leur survie et pérennité, mais surtout face aux coûts directs et indirects reliés à ce type de problèmes qui ne cessent d’augmenter. Cette thèse fut également inspirée par les nombreuses limites constatées à la suite d’une revue de la littérature sur la santé mentale au travail, alors que les principaux modèles sur le stress professionnel (e.g. modèle demandes-contrôle de Karasek (1979), modèle demandes-contrôle-soutien de Karasek et Theorell (1990), le modèle du Déséquilibre Efforts-Récompenses de Siegrist (1996) et le modèle Demandes-Ressources de Demerouti et al., (2001)) et guidant la recherche sur le sujet, ne tiennent pas compte du contexte organisationnel élargi dans lequel se vit le travail. Un élément bien précis du contexte organisationnel est le cœur de cette thèse soit la culture organisationnelle. En effet, la culture organisationnelle joue-t-elle un rôle dans le développement et/ou l’aggravation de problèmes de santé mentale dans la main-d’œuvre? Si oui ce rôle existe, alors comment et sous quelles conditions la culture organisationnelle est-elle susceptible de protéger ou de fragiliser la santé mentale des individus? Dans le but de mieux comprendre le rôle joué par la culture organisationnelle en matière de santé mentale au travail, nous avons eu recours à un modèle théorique intégrateur exposant les relations entre la culture organisationnelle, les conditions de l’organisation du travail et la santé mentale. Cette articulation théorique est présentée sous forme d’article dans le cadre de cette thèse. De ce modèle découle deux grandes hypothèses. La première est à l’effet que les conditions de l’organisation du travail sont associées à la détresse psychologique et à l’épuisement professionnel une fois tenu en compte la culture organisationnelle. La seconde hypothèse induite par le modèle proposé, pose que les conditions de l’organisation du travail médiatisent la relation entre la culture organisationnelle et les problèmes de santé mentale au travail. Ces hypothèses de recherche furent testées à partir de données transversales obtenues dans le cadre du projet de recherche SALVEO de l’Équipe de Recherche sur le Travail et la Santé Mentale (ERTSM) de l’Université de Montréal. Les résultats obtenus sont présentés sous forme de deux articles, soumis pour publication, lesquels constituent les chapitres 5 et 6 de cette thèse. Dans l’ensemble, le modèle théorique proposé obtient un soutient empirique important et tend à démontrer que la culture organisationnelle joue indirectement sur la détresse psychologique de par son influence sur les conditions de l’organisation du travail. Pour l’épuisement professionnel, les résultats démontrent que la culture organisationnelle influence directement et indirectement les problèmes de santé mentale au travail. Les résultats corroborent l’importance de développer de nouveaux modèles théoriques pour mieux inclure des facteurs reliés à l’organisation et au contexte organisationnel plus large afin d’avoir un portrait complet de la problématique de la santé mentale au travail. Cette thèse conclue sur les implications de ces résultats pour la recherche, et pour les retombées pratiques pour la gestion des ressources humaines.

Rôles physiologiques du transporteur vésiculaire du glutamate VGLUT2 dans les neurones dopaminergiques

Des travaux récents démontrent que certains neurones dopaminergiques du mésencéphale ont la capacité de libérer du glutamate en plus de la dopamine (DA). Ce phénomène de « co-transmission » requiert l’expression du transporteur vésiculaire du glutamate de type 2 (VGLUT2) dans les neurones dopaminergiques. Certaines observations montrent que l’expression de VGLUT2 dans les neurones dopaminergiques survient tôt durant leur développement et est essentiellement limitée aux neurones de l’aire tegmentaire ventrale (VTA). De plus, cette libération de glutamate se retrouve principalement au niveau des terminaisons de ces neurones dans le striatum ventral, mais pas dans le striatum dorsal. Ces données suggèrent d’une part un rôle développemental possible du glutamate dans les neurones dopaminergiques, et d’autre part, que les signaux dérivés des neurones cibles puissent réguler le double phénotype des neurones dopaminergiques menant ainsi à une plasticité phénotypique. Par ailleurs, il est toujours inconnu si cette libération de glutamate se fait à partir des terminaisons qui relâchent la DA ou à partir de terminaisons axonales distinctes. De plus, le rôle physiologique de ce surprenant phénomène de co-transmission reste également inconnu. Ainsi, dans cette étude, nous avons d’abord démontré in vitro et in vivo que l’expression de VGLUT2 est nécessaire pour la survie et la croissance d’une sous-population de neurones dopaminergiques. En utilisant une lignée de souris ayant une délétion génique spécifique de VGLUT2 dans les neurones dopaminergiques, nous avons observé une diminution du nombre de terminaisons dopaminergiques et glutamatergiques dans le striatum, une baisse de libération de DA dans le striatum ventral, une diminution de la coordination motrice ainsi qu’une diminution de l’activité locomotrice induite par les drogues d’abus. D’autre part, nous avons démontré in vitro et in vivo que les neurones dopaminergiques au double phénotype établissent des terminaisons distinctes afin de relâcher le glutamate et la DA. De plus, nous démontrons que ce phénomène de ségrégation des sites de libération semble être induit par une interaction avec les neurones du striatum ventral. Ces travaux démontrent le rôle physiologique déterminant de la co-transmission DA-glutamate pour l’homéostasie du système DAergique et dévoile une caractéristique fondamentale de l’établissement des terminaisons axonales de ces neurones. Ces travaux permettent ainsi de mieux comprendre les rôles physiologiques de la co-libération de glutamate par les neurones du système nerveux central et présentent une nouvelle perspective sur les dysfonctions potentielles de ces neurones dans les maladies du cerveau.

Étude des interactions interhémisphériques entre les représentations des muscles de l'épaule et du tronc dans le cortex moteur primaire.

Après un accident vasculaire cérébral (AVC), 30% des personnes ont une atteinte de la fonction motrice du membre supérieur. Un des mécanismes pouvant intervenir dans la récupération motrice après un AVC est la réorganisation des interactions interhémisphériques. À ce jour, la plupart des études se sont intéressées aux interactions entre les représentations des muscles de la main. Or la réalisation de mouvements de la main nécessite une coordination précise des muscles proximaux de l’épaule et le maintien d’une stabilité assurée par les muscles du tronc. Cependant, il existe peu d’informations sur le contrôle interhémisphérique de ces muscles. Ainsi, l’objectif de cette étude était de caractériser les interactions entre les représentations corticales des muscles proximaux (Deltoïde antérieur (DA)), et axiaux (Erecteur spinal (ES L1)) chez le sujet sain et de les comparer avec les interactions interhémisphériques entre les représentations des muscles distaux (1er interosseux dorsal (FDI)). Deux techniques de stimulation magnétique transcrânienne ont été utilisées pour évaluer ces interactions. La stimulation du cortex moteur ipsilatéral évoque une période de silence ipsilatérale (iSP)-reflétant l’inhibition interhémiphérique-dans le FDI et le DA. Dans ES L1, l’iSP est précédée d’une facilitation. Le paradigme de l’impulsion pairée démontre aussi la présence d’inhibition interhémisphérique dans les trois muscles. Ces résultats suggèrent un patron distinct d’interactions réciproques entre les représentations des muscles distaux, proximaux et axiaux qui peut être expliqué à la fois par des changements d’excitabilité au niveau cortical et sous-cortical. Ces résultats pourraient servir de bases normatives afin d’évaluer les changements survenant suite à un AVC.

Approches arthroscopiques et description de l'anatomie articulaire normale du carpe et du tarse chez le bovin adulte

Les approches arthroscopiques et l’anatomie normale des articulations antébrachiocarpienne, carpienne moyenne et tarsocrurale n’ont jamais été décrites spécifiquement chez les bovins. Notre étude avait pour buts de définir les abords chirurgicaux et de décrire l’anatomie arthroscopique de ces trois articulations. Deux carpes et deux tarses issus du cadavre frais d’une vache adulte ont été injectés avec un mélange de latex, puis disséqués afin de déterminer les sites arthroscopiques d’intérêt. Par la suite, l’arthroscopie des articulations antébrachiocarpienne et carpienne moyenne (approche dorsale) et de l’articulation tarsocrurale (approches dorsale et plantaire) a été réalisée sur six cadavres frais de vaches adultes ne présentant ni boiterie ni distension articulaire avant leur euthanasie. Les approches dorsolatérale et dorsomédiale des articulations antébrachiocarpienne et carpienne moyenne ont été réalisées de part et d’autre de l’extenseur radial du carpe. Les structures observées étaient le radius distal, les os radial, intermédiaire, ulnaire, II et III fusionnés et IV du carpe, ainsi que des ligaments palmaires. Les approches dorsolatérale et dorsomédiale de l’articulation tarsocrurale ont été réalisées latéralement au long extenseur des doigts et médialement au troisième péronier respectivement. Les approches plantarolatérale et plantaromédiale ont été réalisées latéralement au fléchisseur latéral des doigts et latéralement au fléchisseur médial des doigts respectivement. Les structures observées étaient le tibia distal, les trochlées proximale et plantaire du talus, le processus coracoïde du calcanéus, l’articulation fibulo-calcanéenne et des ligaments articulaires. Quelle que soit l’articulation, l’approche latérale était préférée à l’approche médiale. L’arthroscopie du carpe et du tarse pourra être proposée dans un contexte hospitalier comme outil diagnostique, thérapeutique et pronostique des maladies articulaires bovines.

Origine des projections sensorimotrices dans des sous-régions du cortex moteur primaire chez le singe capucin.

Certaines études ont démontrés que les connexions entre l’aire prémotrice ventrale (PMv) et la région de la main du cortex moteur primaire (M1) sont distribuées non-uniformément, ciblant des sous-régions spécifiques dans M1. Dans la présente étude nous avons voulu développer ces résultats en étudiant la distribution au sein de M1 des projections corticales issues de PMv, l’aire prémotrice dorsale (PMd), l’aire motrice supplémentaire (SMA) et les aires pariétales 1, 2 et 5. Pour se faire, nous avons combiné des approches électrophysiologiques et anatomiques chez trois singes naïfs du Nouveau Monde (Cebus apella) pour examiner l’organisation et la spécificité topographique des projections corticales dans M1. Nos résultats indiquent que quatre sous-régions à l’intérieur de la région dédiée à la main reçoivent des inputs prédominants de différentes aires sensorimotrices. Ces résultats suggèrent que des sous-régions de M1 puissent avoir des fonctions spécifiques pour le contrôle moteur de la main et des doigts.

Dilemmas in Military Medical Ethics: A Call for Conceptual Clarity

Article

Studies on the Vertical Structure of Horizontal Wind Variability in the Surface Boundary Layer Over Sriharikota

The present study on the vertical structure of horizontal wind variability in the surface boundary layer over Sriharikota. Based on clock wind speed and direction measuring meteorological tower facility from seven levels in the 100 m layer. The study on wind variability and elliptical approximation of wind hodographs investigated for this tropical coastal station established that Sriharikota is of meso-scale weather entity. Wind variability ratio increases from lower levels to upper levels. In South West monsoon months the station is of high ratio values and it gets affected with meso-scale weather features like thunderstorms. Average total shears are observed greater values than scalar shears. Scalar shears are high in the lowest shear levels compared to upper levels. Semi diurnal types of oscillation in average total shears are found in south west monsoon months. During cyclonic storm passage it is observed that there can be significant difference in mean wind speed from 10 m to 100 m level, but it is not so for peak wind speeds. The variations in wind variability ratio in different months is clearly depicted its strong link to define meso-scale or synoptic –scale forcing domination for this station. Meso-scale forcing is characterized by diurnal wind variability and synoptic- scale forcing by interdiurnal wind variability.

Low Level Jet stream of Asian Summer Monsoon and its Variability

The main objective of the of present study are to study the intraseasonal variability of LLJ and its relation with convective heating of the atmosphere, to establish whether LLJ splits into two branches over the Arabian sea as widely believed, the role of horizonatal wind shear of LLJ in the episodes of intense rainfall events observed over the west coast of India, to perform atmospheric modeling work to test whether small (meso) scale vortices form during intense rainfall events along the west coast; and to study the relation between LLJ and monsoon depression genesis. The results of a study on the evolution of Low Level Jetstream (LLJ) prior to the formation of monsoon depressions are presented. A synoptic model of the temporal evolution of monsoon depression has been produced. There is a systematic temporal evolution of the field of deep convection strength and position of the LLJ axis leading to the genesis of monsoon depression. One of the significant outcomes of the present thesis is that the LLJ plays an important role in the intraseasonal and the interannual variability of Indian monsoon activity. Convection and rainfall are dependent mainly on the cyclonic vorticity in the boundary layer associated with LLJ. Monsoon depression genesis and the episodes of very heavy rainfall along the west coast of India are closely related to the cyclonic shear of the LLJ in the boundary layer and the associated deep convection. Case studies by a mesoscale numerical model (MM5) have shown that the heavy rainfall episodes along the west coast of India are associated with generation of mesoscale cyclonic vortices in the boundary layer.

White Spot Syndrone Virus in Penaeids: Histopathology, Development of Polyclonal Antisera and a Cocktail Vaccine

The present study is the first comprehensive approach towards histopathology of White Spot Syndrome Virus (WSSV) in Penaeus indicus. WSSV could be demonstrated in the nuclei of all tissues, except those of midgut, subjected of electron microscopic observation. They were the nuclei of gill, foregut, heart, hepatopancreatic connective tissue, hindgut, nerve and dorsal aorta. A comparison was made between the electron microscopic and histopathological observations and a greater degree of correlation between the two in depicting the severity of the infection of the infection was unraveled. The study also illustrated variations in response and susceptibility of various tissues to WSSV infection. Accordingly, out of the tissues investigated, gill, foregut, hindgut and dorsal aorta exhibited advanced viral multiplication than the other tissues such as heart, midgut, nerve and hepatopancreas. Even though hepatocytes were not infected the connective tissue nuclei were packed with virions.

Ecology of Chaetognaths in the Indian EEZ

This thesis entitled ecology of chaetognaths in the indian EEZ.The present study, in general, deals with the distribution pattern of mesozooplankton biomass and abundance with special reference to the detailed ecology of the important carnivorous planktonic group, the chaetognath, in the two major ocean basins of the Indian EEZ, the Arabian Sea (AS) and the Bay of Bengal (BoB). Prior to the International Indian Ocean expedition (IIOE, 1960 – 1965), cmprehensive studies on chaetognath in the Indian waters were very limited and was confined mostly to some coastal and oceanic regions. The study revealed a profound influence of different physical process on the abundance of chaetognath community. The significant influence exerted by different physico-chemical factors on the vertical distribution of chaetognath species was also evident. Prior to this study, only very little information was available on the ecology and distribution pattern chaetognaths in both the Arabian sea and the Bay of Bengal in relation to various mesoscale processes and physicochemical .variables. This study, emphasizing the short term and long term influences of different meso-scale and basin scale physical events on the ecology of this important plankton group provides the baseline data for extensive ecological research on any major mesozooplankton group in this tropical low latitude region.

Exploring oligo(p-phenylenevinylene) gelators as sensors and stimuli responsive materials

Gelation provides a unique medium, which often induces organization of molecules resulting in the modulation of their optical, morphological and electronic properties thereby opening a new world of fascinating materials with interesting physical properties at nano- meso- and macroscopic levels. Supramolecular gels based on linear π-systems have attracted much attention due to their inherent optical and electronic properties which find application in organic electronics, light harvesting and sensing. They exhibit reversible properties due to the dynamic nature of noncovalent forces. As a result, studies on such soft materials are currently a topic of great interest. Recently, researchers are actively involved in the development of sensors and stimuli-responsive materials based on self-assembled π-systems, which are also called smart materials. The present thesis is divided into four chapters