Decoding decisions in healthy subjects and auditory discrimination in comatose patients through single-trial topographic EEG analyses

Neuroimaging studies analyzing neurophysiological signals are typically based on comparing averages of peri-stimulus epochs across experimental conditions. This approach can however be problematic in the case of high-level cognitive tasks, where response variability across trials is expected to be high and in cases where subjects cannot be considered part of a group. The main goal of this thesis has been to address this issue by developing a novel approach for analyzing electroencephalography (EEG) responses at the single-trial level. This approach takes advantage of the spatial distribution of the electric field on the scalp (topography) and exploits repetitions across trials for quantifying the degree of discrimination between experimental conditions through a classification scheme. In the first part of this thesis, I developed and validated this new method (Tzovara et al., 2012a,b). Its general applicability was demonstrated with three separate datasets, two in the visual modality and one in the auditory. This development allowed then to target two new lines of research, one in basic and one in clinical neuroscience, which represent the second and third part of this thesis respectively. For the second part of this thesis (Tzovara et al., 2012c), I employed the developed method for assessing the timing of exploratory decision-making. Using single-trial topographic EEG activity during presentation of a choice's payoff, I could predict the subjects' subsequent decisions. This prediction was due to a topographic difference which appeared on average at ~516ms after the presentation of payoff and was subject-specific. These results exploit for the first time the temporal correlates of individual subjects' decisions and additionally show that the underlying neural generators start differentiating their responses already ~880ms before the button press. Finally, in the third part of this project, I focused on a clinical study with the goal of assessing the degree of intact neural functions in comatose patients. Auditory EEG responses were assessed through a classical mismatch negativity paradigm, during the very early phase of coma, which is currently under-investigated. By taking advantage of the decoding method developed in the first part of the thesis, I could quantify the degree of auditory discrimination at the single patient level (Tzovara et al., in press). Our results showed for the first time that even patients who do not survive the coma can discriminate sounds at the neural level, during the first hours after coma onset. Importantly, an improvement in auditory discrimination during the first 48hours of coma was predictive of awakening and survival, with 100% positive predictive value. - L'analyse des signaux électrophysiologiques en neuroimagerie se base typiquement sur la comparaison des réponses neurophysiologiques à différentes conditions expérimentales qui sont moyennées après plusieurs répétitions d'une tâche. Pourtant, cette approche peut être problématique dans le cas des fonctions cognitives de haut niveau, où la variabilité des réponses entre les essais peut être très élevéeou dans le cas où des sujets individuels ne peuvent pas être considérés comme partie d'un groupe. Le but principal de cette thèse est d'investiguer cette problématique en développant une nouvelle approche pour l'analyse des réponses d'électroencephalographie (EEG) au niveau de chaque essai. Cette approche se base sur la modélisation de la distribution du champ électrique sur le crâne (topographie) et profite des répétitions parmi les essais afin de quantifier, à l'aide d'un schéma de classification, le degré de discrimination entre des conditions expérimentales. Dans la première partie de cette thèse, j'ai développé et validé cette nouvelle méthode (Tzovara et al., 2012a,b). Son applicabilité générale a été démontrée avec trois ensembles de données, deux dans le domaine visuel et un dans l'auditif. Ce développement a permis de cibler deux nouvelles lignes de recherche, la première dans le domaine des neurosciences cognitives et l'autre dans le domaine des neurosciences cliniques, représentant respectivement la deuxième et troisième partie de ce projet. En particulier, pour la partie cognitive, j'ai appliqué cette méthode pour évaluer l'information temporelle de la prise des décisions (Tzovara et al., 2012c). En se basant sur l'activité topographique de l'EEG au niveau de chaque essai pendant la présentation de la récompense liée à un choix, on a pu prédire les décisions suivantes des sujets (en termes d'exploration/exploitation). Cette prédiction s'appuie sur une différence topographique qui apparaît en moyenne ~516ms après la présentation de la récompense. Ces résultats exploitent pour la première fois, les corrélés temporels des décisions au niveau de chaque sujet séparément et montrent que les générateurs neuronaux de ces décisions commencent à différentier leurs réponses déjà depuis ~880ms avant que les sujets appuient sur le bouton. Finalement, pour la dernière partie de ce projet, je me suis focalisée sur une étude Clinique afin d'évaluer le degré des fonctions neuronales intactes chez les patients comateux. Des réponses EEG auditives ont été examinées avec un paradigme classique de mismatch negativity, pendant la phase précoce du coma qui est actuellement sous-investiguée. En utilisant la méthode de décodage développée dans la première partie de la thèse, j'ai pu quantifier le degré de discrimination auditive au niveau de chaque patient (Tzovara et al., in press). Nos résultats montrent pour la première fois que même des patients comateux qui ne vont pas survivre peuvent discriminer des sons au niveau neuronal, lors de la phase aigue du coma. De plus, une amélioration dans la discrimination auditive pendant les premières 48heures du coma a été observée seulement chez des patients qui se sont réveillés par la suite (100% de valeur prédictive pour un réveil).

THE ROLE OF SPINDLES FOR SLEEP: MANIPULATING OSCILLATORY ACTIVITY IN THE THALAMOCORTICAL NETWORK

Modern urban lifestyle encourages the prolongation of wakefulness, leaving less and less time for sleep. Although the exact functions of sleep remain one of the biggest mysteries in neuroscience, the society is well aware of the negative consequences of sleep loss on human physical and mental health and performance. Enhancing sleep's recuperative functions might allow shortening sleep duration while preserving the beneficial effects of sleep. During sleep, brain activity oscillates across a continuum of frequencies. Individual oscillations have been suggested to underlie distinct functions for sleep and cognition. Gaining control about individual oscillations might allow boosting their specific functions. Sleep spindles are 11 - 15 Hz oscillations characteristic for light non-rapid-eye-movement sleep (NREMS) and have been proposed to play a role in memory consolidation and sleep protection against environmental stimuli. The reticular thalamic nucleus (nRt) has been identified as the major pacemaker of spindles. Intrinsic oscillatory burst discharge in nRt neurons, arising from the interplay of low-threshold (T-type) Ca2+ channels (T channels) and small conductance type 2 (SK2) K+ channels (SK2 channels), underlies this pacemaking function. In the present work we investigated the impact of altered nRt bursting on spindle generation during sleep by studying mutant mice for SK2 channels and for CaV3.3 channels, a subtype of T channels. Using in vitro electrophysiology I showed that nRt bursting was abolished in CaV3.3 knock out (CaV3.3 KO) mice. In contrast, in SK2 channel over-expressing (SK2-OE) nRt cells, intrinsic repetitive bursting was prolonged. Compared to wildtype (WT) littermates, altered nRt burst discharge lead to weakened thalamic network oscillations in vitro in CaV3.3 KO mice, while oscillatory activity was prolonged in SK2-OE mice. Sleep electroencephalographic recordings in CaV3.3 KO and SK2-OE mice revealed that reduced or potentiated nRt bursting respectively weakened or prolonged sleep spindle activity at the NREMS - REMS transition. Furthermore, SK2-OE mice showed more consolidated NREMS and increased arousal thresholds, two correlates of good sleep quality. This thesis work suggests that CaV3.3 and SK2 channels may be targeted in order to modulate sleep spindle activity. Furthermore, it proposes a novel function for spindles in NREMS consolidation. Finally, it provides evidence that sleep quality may be improved by promoting spindle activity, thereby supporting the hypothesis that sleep quality can be enhanced by modulating oscillatory activity in the brain. Le style de vie moderne favorise la prolongation de l'éveil, laissant de moins en moins de temps pour le sommeil. Même si le rôle exact du sommeil reste un des plus grands mystères des neurosciences, la société est bien consciente des conséquences négatives que provoque un manque de sommeil, à la fois sur le plan de la santé physique et mentale ainsi qu'au niveau des performances cognitives. Augmenter les fonctions récupératrices du sommeil pourrait permettre de raccourcir la durée du sommeil tout en en conservant les effets bénéfiques. Durant le sommeil, on observe des oscillations à travers un continuum de fréquences. Il a été proposé que chaque oscillation pourrait être à l'origine de fonctions spécifiques pour le sommeil et la cognition. Pouvoir de contrôler les oscillations individuelles permettrait d'augmenter leurs fonctions respectives. Les fuseaux sont des oscillations de 11 à 15 Hz caractéristiques du sommeil à ondes lentes léger et il a été suggéré qu'elles jouent un rôle majeur pour la consolidation de la mémoire ainsi que dans la protection du sommeil contre les stimuli environnementaux. Le nucleus réticulaire du thalamus (nRt) a été identifié en tant que générateur de rythme des fuseaux. Les bouffées oscillatoires intrinsèques des neurones du nRt, provenant de l'interaction de canaux calciques à bas seuil de type T (canaux T) et de canaux potassiques à faible conductance de type 2 (canaux SK2), sont à l'origine de la fonction de générateur de rythme. Dans ce travail, j'ai étudié l'impact de la modulation de bouffées de nRT sur la génération des fuseaux pendant le sommeil en investiguant des souris génétiquement modifiées pour les canaux SK2 et les canaux CaV3.3, un sous-type de canaux T. En utilisant l'électrophysiologie in vitro j'ai démontré que les bouffées du nRT étaient abolies dans les souris knock-out du type CaV3.3 (CaV3.3 KO). D'autre part, dans les cellules nRT sur-exprimant les canaux SK2 (SK2-OE), les bouffées oscillatoires intrinsèques étaient prolongées. Par rapport aux souris wild type, les souris CaV3.3 KO ont montré un affaiblissement des oscillations thalamiques en réponse à un changement des bouffées de nRT, alors que l'activité oscillatoire était prolongée dans les souris SK2-OE. Des enregistrements EEG du sommeil dans des souris de type CaV3.3 KO et SK2-OE ont révélé qu'une réduction ou augmentation des bouffées nRT ont respectivement affaibli ou prolongé l'activité des fuseaux durant les transitions du sommeil à ondes lentes au sommeil paradoxal. De plus, les souris SK2-OE ont montré des signes de consolidation du sommeil à ondes lentes et un seuil augmenté pour le réveil, deux mesures qui corrèlent avec une bonne qualité du sommeil. Le travail de cette thèse propose que les canaux CaV3.3 et SK2 pourrait être ciblés pour moduler l'activité des fuseaux. De plus, je propose une fonction nouvelle pour les fuseaux dans la consolidation du sommeil à ondes lentes. Finalement je suggère que la qualité du sommeil peut être améliorée en promouvant l'activité des fuseaux, soutenant ainsi l'idée que la qualité du sommeil peut être améliorée en modulant l'activité oscillatoire dans le cerveau.

Differential proteoglycan expression in two spinal cord regions after dorsal root injury.

Dorsal root injury leads to reactive gliosis in the spinal cord dorsal root entry zone and dorsal column, two regions that undergo Wallerian degeneration, but have distinct growth-inhibitory properties. This disparity could in part be due to differences in the number of degenerating sensory fibers, differences in glial cell activation, and/or to differential expression of growth-inhibitory molecules such as chondroitin sulfate proteoglycans. Laser capture microdissection of these two spinal cord white matter regions, followed by quantitative analysis of mRNA expression by real-time PCR, revealed that glial marker transcripts were differentially expressed post-injury and that the chondroitin sulfate proteoglycans Brevican and Versican V1 and V2 were preferentially up-regulated in the dorsal root entry zone, but not the dorsal column. These results indicate that reactive gliosis differs between these two regions and that Brevican and Versican are potential key molecules participating in the highly inhibitory properties of the dorsal root entry zone.

Astrocyte-neuron metabolic relationships: for better and for worse.

In recent years, previously unsuspected roles of astrocytes have been revealed, largely owing to the development of new tools enabling their selective study in situ. These exciting findings add to the large body of evidence demonstrating that astrocytes play a central role in brain homeostasis, in particular via the numerous cooperative metabolic processes they establish with neurons, such as the supply of energy metabolites and neurotransmitter recycling functions. Furthermore, impairments in astrocytic function are increasingly being recognized as an important contributor to neuronal dysfunction and, in particular, neurodegenerative processes. In this review, we discuss recent evidence supporting important roles for astrocytes in neuropathological conditions such as neuroinflammation, amyotrophic lateral sclerosis and Alzheimer's disease. We also explore the potential for neuroprotective therapeutics based on the modulation of astrocytic functions.

Jeune dans sa tête. Une histoire critique du cerveau adolescent

Les recherches visant à élucider les bases neurales de l'adolescence ont émergé au cours des années 1990 pour s'imposer cette dernière décennie. Il est aujourd'hui accepté dans le champ des neurosciences cognitives et du développement que le cerveau continue à se développer après la 10eme année de vie et qu'il atteint un stade de maturation similaire à l'adulte seulement vers 25 ans. La configuration structurelle et fonctionnelle du cerveau spécifique à la période de l'adolescence impliquerait un manque de contrôle émotionnel, favorisant des comportements dits de prise de risques qui à la fois permettent l'acquisition de l'indépendance et provoquent des situations de mise en danger du jeune individu et de son entourage. Ses mêmes comportements, dans leur acception négative - consommation d'alcool et de stupéfiants, conduite en état d'ivresse, rapports sexuels non-protégés, port d'arme, etc. - mobilisent les politiques de prévention et de santé publique relatives à l'adolescence et à la jeunesse. Cette thèse qui retrace l'histoire du cerveau adolescent de la fin des années 1950 à nos jours se situe à l'intersection de ces deux thèmes d'intérêt scientifique et public. A partir d'une perspective d'histoire culturelle et sociale des sciences, elle approche les éléments expérimentaux, institutionnels et contextuels qui ont contribué à la construction d'une adolescence définie par son immaturité cérébrale, associée à des comportements dits à risque. Plus précisément, elle met en évidence, sous l'angle privilégié du genre, selon quelles modalités et quelles temporalités l'histoire des recherches scientifiques sur le développement cérébral humain à l'adolescence et celle du façonnage d'un type d'adolescent-e impulsif/ve et preneur/euse de risques - c'est-à-dire potentiellement délinquant, dépendant, invalide ou malade chronique, constitué en problème de politique et de santé publique - sont amenées à converger. L'argument développé est que le genre et le sexe sont des catégories actives dans la construction d'un cerveau adolescent idéalement unisexe. En d'autres termes, bien que le cerveau adolescent qualifie des individus en regard de leur âge, sans distinction apparente de sexe et de genre, les conditions de sa production et les critères de sa définition sont constitutivement genrés, notamment par des comportements à risque qui concernent une majorité de garçons. Il s'agit d'analyser comment du sexe et du genre peuvent produire de l'âge, a priori unisexe, et d'interroger les enjeux scientifiques, sociaux et politiques qui participent de cette invisibilisation des catégories de sexe et de genre. Le but est de considérer la manière dont l'adolescence cérébrale reconfigure la gestion des questions liées à l'adolescence et à la jeunesse, en termes de problèmes sanitaires et de délinquance, mais aussi en termes de reproduction des normes sociales, de ce qu'implique devenir un homme ou une femme.

A la recherche de symptômes de désorientation dépendant d'un déficit d'intégration multisensorielle chez l'animal : un éclairage sur les mécanismes fondamentaux de la schizophrénie

Abstract Fundamental research in psychiatric neurosciences assumes that psychiatric disorders are associated with neurobiological factors. Identification of these factors would provide therapeutic targets as well as a better understanding of the relationship between- brain and behaviour in pathological processes. We conducted experiments in an animal model of schizophrenia. Several behavioural tasks were used to evaluate spatial and working memory in these animals. The model is based on glutathione deficit during cerebral development. Indeed, a 50% decrease of glutathione has been reported in prefrontal cortex of patients with schizophrenia. Glutathione is a major antioxidant in the brain and its deficit could lead to abnormal brain connectivity. The glutathione deficit was induced in rats by perinatal (PS-P16) subcutaneous injections with Lbuthionine-(S,R)-sullfoximine (BSO), an inhibitor of glutathione synthesis. This treatment leads to a transitory 50% glutathione levels during brain development. In parallel, we conducted behavioural testing in rats with a medial prefrontal cortex lesion. This allowed us to compare early damage induced by BSO treatment with a focal lesion in adults of a brain area known to present anomalies in schizophrenia. Finally, we conducted a series of experiments in senescent rats to evaluate if cognitive deficits could be related to neurobiological changes. Our results show that an early glutathione deficit provokes cognitive deficits in adulthood. These spatial and working memory deficits resemble the cognitive deficits observed in schizophrenia. The comparison with prefrontal rats revealed that the early brain glutathione deficit provoked more severe cognitive deficits than the prefrontal lesion in adult rats. Moreover, in both cases, we observed a dissociation in memory deficits depending on the type of locomotion that was used in behavioural experiments. Indeed, BSO treated rats as well as prefrontal rats showed place learning or working memory deficits in tasks conducted on dry surfaces where they had to walk. In contrast, they showed no deficit when the same cognitive functions were tested in the water maze. This dissociation might be sustained by a difference in requirement of sensory integration between walking and swimming tasks. Résumé La recherche fondamentale en neurosciences psychiatriques repose sur le présupposé selon lequel les symptômes manifestés dans les troubles psychiatriques auraient des concomitants neurobiologiques. Ceux-ci, une fois identifiés, offriraient des cibles pour une démarche thérapeutique ainsi que des modèles permettant de mieux comprendre les soubassements biologiques du comportement et des activités mentales. Nos expériences s'articulent autour de la question de la modélisation de la schizophrénie chez l'animal. Nous avons recherché chez ces animaux des troubles cognitifs et sensoriels associés à la schizophrénie. En effet, chez l'homme comme chez l'animal, la mémoire spatiale et la mémoire de travail dépendent fortement de la capacité d'intégration et d'organisation des informations sensorielles. Les premières expériences ont été menées suite à une perturbation périnatale du développement cérébral. Celle-ci visait à reproduire une diminution du taux de glutathion dans le cerveau, des recherches précédentes ayant observé une diminution de 50% du taux de glutathion dans le cortex préfrontal de patients schizophrènes. Le glutathion étant un antioxydant majeur dans le cerveau, son déficit pourrait conduire à des perturbations de la circuiterie cérébrale. Nous avons reproduit ce déficit chez le rat, par injection de Lbuthionine-(S,R)-sullfoximine (BSO), un inhibiteur de la synthèse du glutathion... Ce traitement a été administré pendant la période périnatale (du jour postnatal 5 au jour 16) provoquant une diminution de 50% du taux de glutathion. Nous avons ensuite évalué lës répercussions de cette atteinte précoce sur le comportement des rats à l'âge adulte. Ce modèle s'inscrit donc dans l'hypothèse neurodéveloppementale qui associe la schizophrénie à une atteinte du développement cérébral normal. Nous avons ensuite conduit des expériences similaires chez des rats ayant subi une lésion du cortex préfrontal pour comparer les répercussions du traitement périnatal avec une lésion, à l'âge adulte, d'une aire cérébrale connue pour présenter des anomalies chez les patients. Finalement, nous avons évalué si les processus sensoriels et cognitifs précédemment étudiés pouvaient également être affectés lors du vieillissement normal en recherchant des corrélats biologiques des déficits de mémoire liés à l'âge avancé. Nos résultats montrent que ce déficit précoce en glutathion peut avoir des répercussions surale comportement à l'âge adulte. On a relevé une similarité avec les déficits cognitifs associés.à la schizophrénie, incluant des déficits de mémoire de travail ainsi que des déficits de mémoire spatiale. Ces déficits étaient fortement liés au type de locomotion utilisée et n'ont été observés que dans les tâches où les animaux devaient rejoindre un but en marchant mais pas dans lés tests dans lesquels ils devaient localiser une cible en nageant. Les déficits induits par la lésion préfrontale chez l'adulte étaient beaucoup plus légers que ceux découlant de l'atteinte périnatale mais présentaient une dissociation analogue en fonction du type de locomotion. De plus, des tests similaires menés au cours du vieillissement confirment que la mémoire de travail peut être affectée sélectivement par le vieillissement dans une tâche où les animaux doivent marcher, tout en restant intacte dans le bassin de Morris. Les déficits cognitifs liés au vieillissement étaient significativement corrélés à des différences de niveaux des protéines post-synaptiques PSD95 (postsynaptic density 95). L'ensemble des résultats montre que les tests qui sont fréquemment utilisés pour évaluer la mémoire chez l'animal pourraient faire appel à des processus différents. Cette différence pourrait notamment tenir au niveau d'intégration sensorielle requis pour résoudre la tâche, qui est particulièrement sollicitée au cours d'une locomotion intermittente.

Neurobiologia, coscienza e neuroetica. Ricerche filosofiche in margine al dialogo tra G.P. CHANGEUX e P. RICOEUR

Le neuroscienze occupano oggi un ruolo essenziale nel dibattito scientifico e filosofico, nonché in quello delle scienze umane. Esse costituiscono la sfida più seria al sapere fin qui elaborato intorno ai fondamenti dell'esperienza di coscienza, poiché si propongono come capaci di rispondere alla domanda di origine e funzionamento della coscienza. Le neuroscienze cognitive stanno, oggi, rivoluzionando la nostra concezione della mente e delle sue funzioni. Ci forniscono nuovi dati sulla natura delle sensazioni, della memoria, della percezione e dei processi di astrazione. L'epistemologia è rientrata così pienamente nell'ambito di una disciplina sperimentale, come diversi filosofi (da Hume a Quine) hanno auspicato. È, alla fine, evoluta nell'esperienza odierna della cosiddetta "epistemologia sperimentale", luogo che coniuga il rigore sperimentale della scienza con la profondità e la sofisticazione argomentativa della tradizione filosofica. Come arriviamo a conoscere? Quali vincoli poniamo a quello che deve essere conosciuto? Perché seguiamo certe vie invece di altre? Come arriviamo a formulare giudizi e a prendere decisioni? Che valore ha la conoscenza già acquisita nell'elaborazione di nuove esperienze? In particolare, che peso hanno le aspettative e i ricordi in questo processo? Qual è il rapporto fra esperienza, conoscenza e memoria? Come si fissano e come si richiamano i ricordi? Qual è il rapporto fra coscienza e memoria? Sono alcune delle domande che l'autore si pone in questa ottica e alle quali cerca di rispondere, a partire dall'analisi e valutazione del dialogo-dibattito fra J.-P. Changeux e P. Ricoeur, per apprenderne il linguaggio, capire i problemi sollevati, adattarsi alla complessità della materia. Nel contesto della filosofia della mente, la "lettura" della discussione ripercorre i relativi percorsi attraverso l'analisi delle loro opere, da un lato quelle dello scienziato (sulla struttura e dinamica del cervello, la teoria dell'epigenesi e stabilizzazione selettiva, le speculazioni sull'uomo neuronale e i rilievi antropologici, le teorie della conoscenza e della coscienza, oltre che sulla conoscenza matematica, gli argomenti di estetica ed etica); dall'altro lato quelle del filosofo (dal Cogito riflessivo alla scoperta dell'ermeneutica, dalle eterogenee riflessioni sul Conflitto delle interpretazioni alla grande teoria sulla creatività del linguaggio, le conclusioni teoriche sull'ermeneutica del sé e l'ontologia dell'agire). Il punto di arrivo è la determinazione delle relative posizioni: quella di Changeux tra i neuroscienziati che si occupano di questioni filosofiche, epistemologiche ed etiche, e quella di Ricoeur tra i filosofi che si occupano di neuroscienze. La conclusione della tesi si svolge in un approfondimento teoretico che dalla nozione di "traccia" porta all'esperienza della "memoria", al fine di intrecciare i fili della discussione ripercorsa ed offrire una sponda non forzata al dibattito più ampio. Il tema della memoria è privilegiato per ragioni intrinseche, poiché si tratta di uno dei temi precipui delle neuroscienze, della filosofia della mente e della fenomenologia. A un primo livello viene instaurato su questo punto un confronto epistemologico tra la proposta della neurofenomenologia (Varala, ad esempio) e la posizione tenuta in particolare da Ricoeur rispetto ad essa e al suo "progetto unificante", posizione defilata e, per certi aspetti, criticamente dubbiosa sul fatto che si possa davvero giungere a un "terzo discorso". Si riferisce poi del largo interesse e dei risultati più significativi della riflessione fenomenologica antica e moderna sulla memoria. A un secondo livello vengono illustrati i programmi di ricerca recenti della neurofenomenologia su questo argomento all'interno delle scienze cognitive e si dà conto dei risultati più significativi. Ad un terzo e conclusivo livello, si approfondisce il significato teologico della memoria. Les neurosciences ont aujourd'hui un rôle essentiel dans le débat scientifique et philosophique, ainsi que dans celui des sciences humaines. Elles constituent le défi le plus sérieux aux savoir qu'on a construit jusqu'ici sur les fondements de l'expérience de conscience, attendu qu'elles-mêmes se considèrent capables de répondre à la demande sur l'origine e le fonctionnement de la conscience. Les neurosciences cognitives sont aujourd'hui en train de révolutionner notre conception de l'esprit et des ses fonctions. Elles nous offrent des nouvelles données au sujet de la nature de nos sensations, mémoire, perception et procédés d'abstraction. Aussi l'épistémologie est rentrée pleinement dans le domaine d'une discipline expérimentale, comme plusieurs philosophes (de Hume à Quine) l'ont souhaité. Elle s'est enfin adressée, dans l'expérience actuelle, vers la soi-disant "épistémologie expérimentale", lieu qui met en accord la rigueur expérimentale de la science avec la profondeur et la sophistiquée finesse argumentative de la tradition philosophique. Comment en arrivons-nous à connaître? Quels liens mettons-nous à ce qu'on doit être connu? Pourquoi suivons-nous certaines vois au lieu d'autres? Comment en arrivons-nous à formuler des opinions et à prendre des décisions? Quelle valeur a la connaissance qu'on a déjà acquise par l'élaboration des nouvelles expériences? En particulier, quelle est l'importance des attentes et des souvenirs dans cette évolution? Quel est le rapport entre expérience, connaissance e mémoire? Comment fixons et rappelons-nous nos souvenirs? Quel est le rapport entre conscience et mémoire? Ces sont quelques-unes des questions que l'auteur se pose dans cette perspective et aux quelles essaie de répondre a partir de l'analyse et l'évaluation du dialogue-débat entre fra J.-P. Changeux et P. Ricoeur, pour en apprendre le langage, comprendre les problèmes soulevés, s'adapter à la complexité du sujet. Dans le contexte de la philosophie du cerveau, la "lecture" du dialogue reparcourt les parcours des deux interlocuteurs par l'analyse de leur ouvrages, d'une part celles du savant (sur la structure et la dynamique du cerveau, la théorie de l'épigenèse et stabilisation sélective; les spéculations sur l'homme neuronal et les commentaires anthropologiques; les théories de la connaissance et de la conscience, de même que sur la connaissance de la mathématique, les sujets d'esthétique et étique; d'autre part celles du philosophe (du Cogito réflexif à la découverte de l'herméneutique, de les hétérogènes réflexions sur le Conflit des interprétations à la grande théorie sur la créativité du langage, les conclusions théoriques sur l'herméneutique du soi et l'ontologie de l'agir). L'issue est la determination des relatives positions: celle de Changeux parmi les neuro-scientifiques qui s'occupent de questions philosophiques, épistémologiques et éthiques, et celle de Ricoeur parmi les philosophes qui s'occupent de neurosciences. La conclusion de la thèse se développe dans un approfondissement théorétique que de la notion de "trace" à l'expérience de la "mémoire", à l'effet de nouer les fils de la discussion passée en revue et d'assurer un appui pas forcé au débat plus vaste. Le thème de la mémoire a été choisi pour des raisons intrinsèques, puisqu'il est un des thèmes principaux des neurosciences, de la philosophie de l'esprit et de la phénoménologie. Sur un premier plan épistémologique il est établi une comparaison entre la proposition de la neurophénoménologie (Varala, par exemple) et la position soutenue en particulier par Ricoeur au sujet de ce courant phénoménologique et de son "projet unifiant", position défilée et, à certains égards, critiquement hésitante sur le fait qu'on puisse vraiment en venir à un "troisième discours". On rend compte du grand intérêt et des résultats les plus significatifs de la réflexion phénoménologique ancienne et moderne sur la mémoire. Sur un second plan neurophénoménologique on illustre des plans de recherche récents sur cet argument au-dedans des sciences cognitives et on rend compte des résultats les plus distinctives. Sur un troisième et conclusif plan on approfondit le sens théologique de la mémoire.

Homéostasie, marqueurs somatiques et intentionnalité : le statut de la représentation et ses implications en psychanalyse et en neuroscience

Résumé : Si la psychanalyse est régulièrement remise en cause pour son manque de fondement scientifique, de nombreux travaux issus des neurosciences en appellent paradoxalement à un retour aux thèses freudiennes. Cette étude se propose, dans ce contexte, de revisiter les bases neurobiologiques de la métapsychologie et de montrer comment celle-ci repose sur une conception homéostatique du vivant. On en tire plusieurs conséquences. Premièrement, contre Brentano, selon qui l'intentionnalité est la marque du psychologique, on propose que celle-ci s'avère être, plus originellement, la marque des régulations biologiques. Deuxièmement, on montre comment Freud et Damasio développent des conceptions similaires sur le fonctionnement homéostatique de la cognition. Sur le plan épistémologique, on plaide en faveur de la complémentarité de ces deux approches. Si Damasio met au jour les variables somatiques permettant de mesurer les effets de la vie psychique, la théorie pulsionnelle permet de dépasser les problèmes liés à l'ambiguïté de la notion de «représentation cérébrale ». C'est à partir de cette thèse que l'on peut, selon nous, appréhender la psychanalyse comme un double projet visant à articuler une naturalisation de l'appareil psychique à une herméneutique de ses productions. On considère cette double visée comme une réponse à la difficulté centrale que rencontrent les sciences de l'esprit quant aux conditions de possibilité d'une naturalisation de l'intentionnalité. A partir de cette problématique, il devient pertinent d'évaluer la solution freudienne à la lumière de la posture intentionnelle dennettienne et de la théorie gazzaniguienne de l'interpreter. II ne s'agit pas, selon ces dernières approches, de naturaliser directement l'intentionnalité, au risque de commettre une erreur de catégorie. Il est question, au contraire, d'utiliser les principes du fonctionnement homéostatique comme autant de «règles »interprétatives permettant, sur le plan psychologique, de construire du sens. On trouve enfin dans le modèle de l'espace global de travail un moyen de remettre au goût du jour la conception freudienne, dynamique et conflictuelle, du fonctionnement psychique. On avance enfin, à partir de ce modèle, des hypothèses sur les mécanismes cérébraux susceptibles de sous-tendre l'efficacité thérapeutique de la cure analytique. Abstract : While Psychoanalysis' scientific basis is open to question, some neuroscience works are paradoxically calling for a return to Freud. Therefore, the first aim of our study consists in revisiting metapychology's neurobiological roots and to show how it is grounded on a homeostatic theory of life. Several consequences can be drawn from this statement. Firstly, in opposition to Brentanian definition of intentionality, as the specific mark of psychology, we argue that it is more specifically the mark of biological balance. Secondly, this statement allows to show how Freud's and Damasio's theories share common views on the homeostatic functioning of cognition. From an epistemological point of view, they complete one another. If Damasio has highlighted the measurable somatic variables from which we can infer psychic life, the theory of drives allows conceptual difficulties linked to the use of the ambiguous notion of "cerebral representation" to be overcome. According to us, this thesis leads psychoanalysis to be approached as a twin project aiming to articulate psyche naturalization, to a hermeneutic of its productions. It maybe seen as a way to respond to the central issue of mind sciences, that is, to account for the naturalization of intentionality. Given this theoretical framework, it seems relevant to reconsider freudism in the light of the dennettian intentional stance and the gazzanigan theory of interpreter. Then, freudism can be seen as a way to avoid a category mistake. Its solution rejects direct intentionality naturalization in favor of a construction of sense. In this framework, interpretation is regulated by the rules abstracted from the homeostatic functioning of life. Furthermore, we show how the dynamic and conflictual Freudian psyche can be evaluated using the Global workspace model, which allows us to put forth hypotheses on the cerebral mechanisms that may underlie the efficiency of analytical cure.

Acute neurorehabilitation: does a neurosensory and coordinated interdisciplinary programme reduce tracheostomy weaning time and weaning failure?

BACKGROUND/PURPOSE: A new coordinated interdisciplinary unit was created in the acute section of the department of clinical neurosciences, the Acute NeuroRehabilitation (NRA) unit. The objective was to evaluate the impact of the unit and its neurosensory programme on the management of tracheostomy patients in terms of reduction in the average time taken for weaning, weaning success rate and therapeutic efficiency. METHODS: This 49-month retrospective study compares 2 groups of tracheostomy patients before (n = 34) and after (n = 46) NRA intervention. The outcome measures evaluate the benefits of the NRA unit intervention (time to decannulation, weaning and complication rates) and the benefits of the coordination (time to registration in a rehabilitation centre and rate of non-compliance with standards of care). RESULTS: Weaning failure rate was reduced from 27.3% to 9.1%, no complications or recannulations were observed in the post-intervention group after weaning and time to decannulation following admission to our unit decreased from 19.13 to 12.75 days. The rate of non-compliance with patient standards of care was significantly reduced from 45% to 30% (Mann-Whitney p = 0.003). DISCUSSION/CONCLUSIONS: This interdisciplinary weaning programme helped to reduce weaning time and weaning failure, without increased complications, in the sample studied. Coordination improved the efficiency of the interdisciplinary team in the multiplicity and complexity of the different treatments.

Explorer le cerveau avec l'imagerie du connectome.

Objectifs: comprendre que les connections cérébrales forment un réseau structurel complexe de grande taille, comprendre que l'organisation architecturale de ce réseau définit les propriétés fonctionnelles de ce dernier, comprendre qu'il y a une interdépendance intime entre la structure et la fonction , le métabolisme, comprendre que le réseau change au cours du développement ou lors de lésions ou maladie cérébrale. Messages à retenir: le cerveau est un réseau neuronal complexe qui peut être mesurer avec l'IRM, la connectivité cérébrale est inhomogène, la connectivité structurelle détermine largement la fonction cérébrale, les réseau neuronaux se modifient au cours de la vie et dans certaines maladies cérébrales. Résumé: La "connectomique" est un domaine émergeant et prometteur des neurosciences qui utilise l'IRM de diffusion en combinaison avec des traitements algorithmiques avancés afin de mesurer les trajectoires de faisceaux de fibres et la connectivité cérébrale permettant d'étudier l'organisation de la structure du réseau neuronal cérébral dans son ensemble. Lors de ce cours nous reverrons les méthodes rendant cette cartographie possible et exposerons les techniques d'analyse utilisées pour obtenir de nouvelles informations sur l'architecture cérébrale. Nous reverrons également un certains nombre d'exemple d'applications où la connectomique offre une nouvelle manière d'analyser et de comprendre le fonctionnement du cerveau normal ou malade.

Émergence du moi cérébral de Theodor Meynert à Antonio Damasio = Emergence of the cerebral self, from Theodor Meynert to Antonio Damasio

Antonio Damasio's works have brought emotions into line with current trends in neuroscience. They are conceived as the addition, to a perception, of the somatic effects it has induced. Nevertheless, this continuous and relatively steady process of body perception has also led to the less-known hypothesis of the "neural self." Behind the explicit and apparently contradictory reference to William James and Sigmund Freud, there lies a common source: Theodor Meynert's conception of a "cortical self." Our aim is to enlight a stream unified around what we call here "cerebral self." The Self is thus considered as the cerebral projection or presentation of the body. The specificity of this notion is particularly highlighted by its confrontation to the closely, yet disembodied, notion of "cerebral subject.". Pour citer cette revue : Psychiatr. Sci. Hum. Neurosci. 9 (2011).

Neurotheology: challenges and opportunities

During the last decades of the twentieth century scholars have proposed "neurotheology" as a new subdiscipline of the neurosciences. This article presents a review and discussion of different interpretations placed on neu- rotheology, and attempts to estimate the extent to which neuroscience is a challenge and/or an opportunity for theology and (for the study of) religion. On the neuroscientific side, neurotheology can be split into a reductionist and a religionist neuroscience of religion. On the theological side, it can be split into apologetic and integrative approaches. The appraisal of these differ- ent interpretations and of the relevance of neuroscience for the study of re- ligion is conducted from three points of view: philosophy and theology, cog- nitive science, psychology of religion and sciences of religions.