The effects of simple procedural, cognitive procedural and declarative learning on sleep /

Sleep spindles have been found to increase following an intense period of learning on a combination of motor tasks. It is not clear whether these changes are task specific, or a result of learning in general. The current study investigated changes in sleep spindles and spectral power following learning on cognitive procedural (C-PM), simple procedural (S-PM) or declarative (DM) learning tasks. It was hypothesized that S-PM learning would result in increases in Sigma power during Non-REM sleep, whereas C-PM and DM learning would not affect Sigma power. It was also hypothesized that DM learning would increase Theta power during REM sleep, whereas S-PM and C-PM learning would not affect Theta power. Thirty-six participants spent three consecutive nights in the sleep laboratory. Baseline polysomnographic recordings were collected on night 2. Participants were randomly assigned to one of four conditions: C-PM, S-PM, DM or control (C). Memory task training occurred on night 3 followed by polysomnographic recording. Re-testing on respective memory tasks occurred one-week following training. EEG was sampled at 256Hz from 16 sites during sleep. Artifact-free EEG from each sleep stage was submitted to power spectral analysis. The C-PM group made significantly fewer errors, the DM group recalled more, and the S-PM improved on performance from test to re-test. There was a significant night by group interaction for the duration of Stage 2 sleep. Independent t-tests revealed that the S-PM group had significantly more Stage 2 sleep on the test night than the C group. The C-PM and the DM group did not differ from controls in the duration of Stage 2 sleep on test night. There was no significant change in the duration of slow wave sleep (SWS) or REM sleep. Sleep spindle density (spindles/minute) increased significantly from baseline to test night following S-PM learning, but not for C-PM, DM or C groups. This is the first study to have shown that the same pattern of results was found for spindles in SWS. Low Sigma power (12-14Hz) increased significantly during SWS following S-PM learning but not for C-PM, DM or C groups. This effect was maximal at Cz, and the largest increase in Sigma power was at Oz. It was also found that Theta power increased significantly during REM sleep following DM learning, but not for S-PM, C-PM or C groups. This effect was maximal at Cz and the largest change in Theta power was observed at Cz. These findings are consistent with the previous research that simple procedural learning is consolidated during Stage 2 sleep, and provide additional data to suggest that sleep spindles across all non-REM stages and not just Stage 2 sleep may be a mechanism for brain plasticity. This study also provides the first evidence to suggest that Theta activity during REM sleep is involved in memory consolidation.

Sleep and information processing in individuals who have sustained a traumatic brain injury

Individuals who have sustained a traumatic brain injury (TBI) often complain of t roubl e sleeping and daytime fatigue but little is known about the neurophysiological underpinnings of the s e sleep difficulties. The fragile sleep of thos e with a TBI was predicted to be characterized by impairments in gating, hyperarousal and a breakdown in sleep homeostatic mechanisms. To test these hypotheses, 20 individuals with a TBI (18- 64 years old, 10 men) and 20 age-matched controls (18-61 years old, 9 men) took part in a comprehensive investigation of their sleep. While TBI participants were not recruited based on sleep complaint, the fmal sample was comprised of individuals with a variety of sleep complaints, across a range of injury severities. Rigorous screening procedures were used to reduce potential confounds (e.g., medication). Sleep and waking data were recorded with a 20-channel montage on three consecutive nights. Results showed dysregulation in sleep/wake mechanisms. The sleep of individuals with a TBI was less efficient than that of controls, as measured by sleep architecture variables. There was a clear breakdown in both spontaneous and evoked K-complexes in those with a TBI. Greater injury severities were associated with reductions in spindle density, though sleep spindles in slow wave sleep were longer for individuals with TBI than controls. Quantitative EEG revealed an impairment in sleep homeostatic mechanisms during sleep in the TBI group. As well, results showed the presence of hyper arousal based on quantitative EEG during sleep. In wakefulness, quantitative EEG showed a clear dissociation in arousal level between TBls with complaints of insomnia and TBls with daytime fatigue. In addition, ERPs indicated that the experience of hyper arousal in persons with a TBI was supported by neural evidence, particularly in wakefulness and Stage 2 sleep, and especially for those with insomnia symptoms. ERPs during sleep suggested that individuals with a TBI experienced impairments in information processing and sensory gating. Whereas neuropsychological testing and subjective data confirmed predicted deficits in the waking function of those with a TBI, particularly for those with more severe injuries, there were few group differences on laboratory computer-based tasks. Finally, the use of correlation analyses confirmed distinct sleep-wake relationships for each group. In sum, the mechanisms contributing to sleep disruption in TBI are particular to this condition, and unique neurobiological mechanisms predict the experience of insomnia versus daytime fatigue following a TBI. An understanding of how sleep becomes disrupted after a TBI is important to directing future research and neurorehabilitation.

Electrophysiological constituents of the P100 and N170 ERP complex: De-constructing of face processing using independent component analysis and robust estimation.

The initial timing of face-specific effects in event-related potentials (ERPs) is a point of contention in face processing research. Although effects during the time of the N170 are robust in the literature, inconsistent effects during the time of the P100 challenge the interpretation of the N170 as being the initial face-specific ERP effect. The interpretation of the early P100 effects are often attributed to low-level differences between face stimuli and a host of other image categories. Research using sophisticated controls for low-level stimulus characteristics (Rousselet, Husk, Bennett, & Sekuler, 2008) report robust face effects starting at around 130 ms following stimulus onset. The present study examines the independent components (ICs) of the P100 and N170 complex in the context of a minimally controlled low-level stimulus set and a clear P100 effect for faces versus houses at the scalp. Results indicate that four ICs account for the ERPs to faces and houses in the first 200ms following stimulus onset. The IC that accounts for the majority of the scalp N170 (icNla) begins dissociating stimulus conditions at approximately 130 ms, closely replicating the scalp results of Rousselet et al. (2008). The scalp effects at the time of the P100 are accounted for by two constituent ICs (icP1a and icP1b). The IC that projects the greatest voltage at the scalp during the P100 (icP1a) shows a face-minus-house effect over the period of the P100 that is less robust than the N 170 effect of icN 1 a when measured as the average of single subject differential activation robustness. The second constituent process of the P100 (icP1b), although projecting a smaller voltage to the scalp than icP1a, shows a more robust effect for the face-minus-house contrast starting prior to 100 ms following stimulus onset. Further, the effect expressed by icP1 b takes the form of a larger negative projection to medial occipital sites for houses over faces partially canceling the larger projection of icP1a, thereby enhancing the face positivity at this time. These findings have three main implications for ERP research on face processing: First, the ICs that constitute the face-minus-house P100 effect are independent from the ICs that constitute the N170 effect. This suggests that the P100 effect and the N170 effect are anatomically independent. Second, the timing of the N170 effect can be recovered from scalp ERPs that have spatio-temporally overlapping effects possibly associated with low-level stimulus characteristics. This unmixing of the EEG signals may reduce the need for highly constrained stimulus sets, a characteristic that is not always desirable for a topic that is highly coupled to ecological validity. Third, by unmixing the constituent processes of the EEG signals new analysis strategies are made available. In particular the exploration of the relationship between cortical processes over the period of the P100 and N170 ERP complex (and beyond) may provide previously unaccessible answers to questions such as: Is the face effect a special relationship between low-level and high-level processes along the visual stream?

Electrophysiological investigations of the timing of face processing

As important social stimuli, faces playa critical role in our lives. Much of our interaction with other people depends on our ability to recognize faces accurately. It has been proposed that face processing consists of different stages and interacts with other systems (Bruce & Young, 1986). At a perceptual level, the initial two stages, namely structural encoding and face recognition, are particularly relevant and are the focus of this dissertation. Event-related potentials (ERPs) are averaged EEG signals time-locked to a particular event (such as the presentation of a face). With their excellent temporal resolution, ERPs can provide important timing information about neural processes. Previous research has identified several ERP components that are especially related to face processing, including the N 170, the P2 and the N250. Their nature with respect to the stages of face processing is still unclear, and is examined in Studies 1 and 2. In Study 1, participants made gender decisions on a large set of female faces interspersed with a few male faces. The ERP responses to facial characteristics of the female faces indicated that the N 170 amplitude from each side of the head was affected by information from eye region and by facial layout: the right N 170 was affected by eye color and by face width, while the left N 170 was affected by eye size and by the relation between the sizes of the top and bottom parts of a face. In contrast, the P100 and the N250 components were largely unaffected by facial characteristics. These results thus provided direct evidence for the link between the N 170 and structural encoding of faces. In Study 2, focusing on the face recognition stage, we manipulated face identity strength by morphing individual faces to an "average" face. Participants performed a face identification task. The effect of face identity strength was found on the late P2 and the N250 components: as identity strength decreased from an individual face to the "average" face, the late P2 increased and the N250 decreased. In contrast, the P100, the N170 and the early P2 components were not affected by face identity strength. These results suggest that face recognition occurs after 200 ms, but not earlier. Finally, because faces are often associated with social information, we investigated in Study 3 how group membership might affect ERP responses to faces. After participants learned in- and out-group memberships of the face stimuli based on arbitrarily assigned nationality and university affiliation, we found that the N170 latency differentiated in-group and out-group faces, taking longer to process the latter. In comparison, without group memberships, there was no difference in N170 latency among the faces. This dissertation provides evidence that at a neural level, structural encoding of faces, indexed by the N170, occurs within 200 ms. Face recognition, indexed by the late P2 and the N250, occurs shortly afterwards between 200 and 300 ms. Social cognitive factors can also influence face processing. The effect is already evident as early as 130-200 ms at the structural encoding stage.

The Role of Sleep in the Selective Reconsolidation of Declarative Memories

While sleep has been shown to be involved in memory consolidation and the selective enhancement of newly acquired memories of future relevance (Wilhelm, et al., 2011), limited research has investigated the role of sleep or future relevance in processes of memory reconsolidation. The current research employed a list-method directed forgetting procedure in which participants learned two lists of syllable pairs on Night 1 and received directed forgetting instructions on Night 2. On Night 2, one group (Labile; n = 15) received a memory reactivation treatment consisting of reminders designed to return memories of the learned lists to a labile state. A second group (Stable, n = 16) received similar reminders designed to leave memories of the learned lists in their stable state. No differences in forgetting were found across the two lists or groups. However, a negative correlation between frontal delta (1 – 4 Hz) electroencephalographic (EEG) power during Early Stage 2 non-rapid eye movement (NREM) sleep and forgetting of to-beremembered material was found exclusively in the Labile group (r = -.61, p < .05). Further, central theta (4 – 8 Hz ) EEG power during rapid eye movement (REM) sleep was found to correlate with directed forgetting exclusively in the Labile group (r = .81, p < .001) and total forgetting in the Stable group (r = .50, p < .05). These observed relationships support the proposed hypothesis suggesting that sleep processes are involved in the reconsolidation of labile memories, and that this reconsolidation may be selective for memories of future relevance. A role for sleep in the beneficial reprocessing of memories through the selective reconsolidation of labile memories in NREM sleep and the weakening of memories in REM sleep is discussed.

Blocking Top-down awareness of Kanizsa Figures: An ERP Investigation into Bottom-up Processing of Illusory Contours

Neural models of the processing of illusory contour (ICs) diverge from one another in terms of their emphasis on bottom-up versus top-down constituents. The current study uses a dichoptic fusion paradigm to block top-down awareness of ICs in order to examine possible bottom-up effects. Group results indicate that the N170 ERP component is particularly sensitive to ICs at central occipital sites when top-down awareness of the stimulus is permitted. Furthermore, single-subject statistics reveal that the IC N170 ERP effect is highly variable across individuals in terms of timing and topographical spread. The results suggest that the ubiquitous N170 effect to ICs found in the literature depends, at least in part, on participants’ awareness of the stimulus. Therefore a strong bottom-up model of IC processing at the time of the N170 is unlikely.

A domain-general perspective on medial frontal brain activity during performance monitoring

Activity of the medial frontal cortex (MFC) has been implicated in attention regulation and performance monitoring. The MFC is thought to generate several event-related potential (ERPs) components, known as medial frontal negativities (MFNs), that are elicited when a behavioural response becomes difficult to control (e.g., following an error or shifting from a frequently executed response). The functional significance of MFNs has traditionally been interpreted in the context of the paradigm used to elicit a specific response, such as errors. In a series of studies, we consider the functional similarity of multiple MFC brain responses by designing novel performance monitoring tasks and exploiting advanced methods for electroencephalography (EEG) signal processing and robust estimation statistics for hypothesis testing. In study 1, we designed a response cueing task and used Independent Component Analysis (ICA) to show that the latent factors describing a MFN to stimuli that cued the potential need to inhibit a response on upcoming trials also accounted for medial frontal brain responses that occurred when individuals made a mistake or inhibited an incorrect response. It was also found that increases in theta occurred to each of these task events, and that the effects were evident at the group level and in single cases. In study 2, we replicated our method of classifying MFC activity to cues in our response task and showed again, using additional tasks, that error commission, response inhibition, and, to a lesser extent, the processing of performance feedback all elicited similar changes across MFNs and theta power. In the final study, we converted our response cueing paradigm into a saccade cueing task in order to examine the oscillatory dynamics of response preparation. We found that, compared to easy pro-saccades, successfully preparing a difficult anti-saccadic response was characterized by an increase in MFC theta and the suppression of posterior alpha power prior to executing the eye movement. These findings align with a large body of literature on performance monitoring and ERPs, and indicate that MFNs, along with their signature in theta power, reflects the general process of controlling attention and adapting behaviour without the need to induce error commission, the inhibition of responses, or the presentation of negative feedback.

Caractérisation électro-clinique des convulsions fébriles et risque d’épilepsie

Environ 2-3% d’enfants avec convulsions fébriles (CF) développent une épilepsie, mais les outils cliniques existants ne permettent pas d’identifier les enfants susceptibles de développer une épilepsie post-convulsion fébrile. Des études ont mis en évidence des anomalies d’EEG quantifiée, et plus particulièrement en réponse à la stimulation lumineuse intermittente (SLI), chez des patients épileptiques. Aucune étude n’a analysé ces paramètres chez l’enfant avec CF et il importe de déterminer s’ils sont utiles pour évaluer le pronostic des CF. Les objectifs de ce programme de recherche étaient d’identifier, d’une part, des facteurs de risque cliniques qui déterminent le développement de l’épilepsie après des CF et, d’autre part, des marqueurs électrophysiologiques quantitatifs qui différencieraient les enfants avec CF des témoins et pourraient aider à évaluer leur pronostic. Afin de répondre à notre premier objectif, nous avons analysé les dossiers de 482 enfants avec CF, âgés de 3 mois à 6 ans. En utilisant des statistiques de survie, nous avons décrit les facteurs de risque pour développer une épilepsie partielle (antécédents prénataux, retard de développement, CF prolongées et focales) et généralisée (antécédents familiaux d’épilepsie, CF récurrentes et après l’âge de 4 ans). De plus, nous avons identifié trois phénotypes cliniques distincts ayant un pronostic différent : (i) CF simples avec des antécédents familiaux de CF et sans risque d’épilepsie ultérieure; (ii) CF récurrentes avec des antécédents familiaux d’épilepsie et un risque d’épilepsie généralisée; (iii) CF focales avec des antécédents familiaux d’épilepsie et un risque d’épilepsie partielle. Afin de répondre à notre deuxième objectif, nous avons d’abord analysé les potentiels visuels steady-state (PEVSS) évoqués par la SLI (5, 7,5, 10 et 12,5 Hz) en fonction de l’âge. Le tracé EEG de haute densité (128 canaux) a été enregistré chez 61 enfants âgés entre 6 mois et 16 ans et 8 adultes normaux. Nous rapportons un développement topographique différent de l’alignement de phase des composantes des PEVSS de basses (5-15 Hz) et de hautes (30-50 Hz) fréquences. Ainsi, l’alignement de phase des composantes de basses fréquences augmente en fonction de l’âge seulement au niveau des régions occipitale et frontale. Par contre, les composantes de hautes fréquences augmentent au niveau de toutes les régions cérébrales. Puis, en utilisant cette même méthodologie, nous avons investigué si les enfants avec CF présentent des anomalies des composantes gamma (50-100 Hz) des PEVSS auprès de 12 cas de CF, 5 frères et sœurs des enfants avec CF et 15 témoins entre 6 mois et 3 ans. Nous montrons une augmentation de la magnitude et de l’alignement de phase des composantes gamma des PEVSS chez les enfants avec CF comparés au groupe témoin et à la fratrie. Ces travaux ont permis d’identifier des phénotypes électro-cliniques d’intérêt qui différencient les enfants avec CF des enfants témoins et de leur fratrie. L’étape suivante sera de vérifier s’il y a une association entre les anomalies retrouvées, la présentation clinique et le pronostic des CF. Cela pourrait éventuellement aider à identifier les enfants à haut risque de développer une épilepsie et permettre l’institution d’un traitement neuroprotecteur précoce.

Les mécanismes endogènes de modulation de la douleur et leur dysfonction dans le syndrome de l'intestin irritable

La douleur est une expérience subjective multidimensionnelle accompagnée de réponses physiologiques. Ces dernières sont régulées par des processus cérébraux qui jouent un rôle important dans la modulation spinale et cérébrale de la douleur. Cependant, les mécanismes de cette régulation sont encore mal définis et il est essentiel de bien les comprendre pour mieux traiter la douleur. Les quatre études de cette thèse avaient donc comme objectif de préciser les mécanismes endogènes de modulation de la douleur par la contreirritation (inhibition de la douleur par une autre douleur) et d’investiguer la dysfonction de ces mécanismes chez des femmes souffrant du syndrome de l’intestin irritable (Sii). Dans un premier temps, un modèle expérimental a été développé pour mesurer l’activité cérébrale en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle concurremment à l’enregistrement du réflexe nociceptif de flexion (RIII : index de nociception spinale) et des réponses de conductance électrodermale (SCR : index d’activation sympathique) évoqués par des stimulations électriques douloureuses. La première étude indique que les différences individuelles d’activité cérébrale évoquée par les stimulations électriques dans les cortex orbitofrontal (OFC) et cingulaire sont associées aux différences individuelles de sensibilité à la douleur, de réactivité motrice (RIII) et de réactivité autonomique (SCR) chez des sujets sains. La deuxième étude montre que l’analgésie par contreirritation produite chez des sujets sains est accompagnée de l’inhibition de l’amygdale par OFC et d’une modulation du réflexe RIII par la substance grise périaqueducale (PAG) et le cortex somesthésique primaire (SI). Dans les troisième et quatrième études, il est montré que la contreirritation ne produit pas d’inhibition significative de la douleur et du réflexe RIII chez les patientes Sii en comparaison aux contrôles. De plus, les résultats indiquent que la sévérité des symptômes psychologiques est associée au déficit de modulation de la douleur et à une hypersensibilité diffuse chez les patientes Sii. Dans l’ensemble, cette thèse précise le rôle de certaines structures cérébrales dans les multiples composantes de la douleur et dans l’analgésie par contreirritation et montre que les patientes Sii présentent une dysfonction des mécanismes spinaux et cérébraux impliqués dans la perception et la modulation de la douleur.

Investigation par les potentiels évoqués des effets de multiples commotions cérébrales chez les athlètes

Les commotions cérébrales subies en contexte sportif constituent un sujet préoccupant. Il est estimé qu’aux États-Unis, environ cinq pourcent de l’ensemble des athlètes subiront une commotion cérébrale. Celle-ci est considérée comme une blessure transitoire dans la majorité des cas. Dans le domaine de la commotion cérébrale sportive, le phénomène de risque accru chez des athlètes ayant subi préalablement des commotions cérébrales est bien documenté. Cet aspect remet en question l’aspect transitoire de la blessure. Les techniques d’imagerie fonctionnelle offrent un grand potentiel dans la compréhension de cette pathologie en montrant notamment les différences fonctionnelles chez des participants ayant subi un traumatisme crânio-cérébral léger en l’absence de résultats comportementaux. Il est probable que des altérations fonctionnelles persistent au-delà de la phase de récupération postsymptômes. L’électrophysiologie, en particulier les potentiels évoqués cognitifs sont un outil de choix pour étudier la question en raison de leur sensibilité et de la mesure fonctionnelle qu’ils permettent d’obtenir. Les potentiels évoqués cognitifs consistent en une réponse électrique cérébrale moyenne générée lors de l’accomplissement d’une tâche. Il est possible d’identifier différentes composantes dans le tracé d’un potentiel évoqué; ces composantes sont associées à différents aspects de l’activité électrique cérébrale durant le traitement perceptuel et cognitif.Les articles scientifiques inclus dans cette thèse se penchent sur les effets de commotions cérébrales multiples chez des athlètes plusieurs mois après la dernière commotion. Dans un premier temps, l’aspect temporel est évalué par le biais de la mesure de la P3a et la P3b dans différents groupes d’athlètes. Ces composantes sont liées aux processus de mémoire et d’attention. Les résultats suggèrent que, malgré un fonctionnement normal, les athlètes ayant subi des commotions cérébrales éprouveraient de probables changements cognitifs sous-cliniques persistants se traduisant par une atténuation des P3a et P3b. Des altérations seraient aussi présentes quelques années après la dernière commotion, mais de façon plus subtile. La deuxième étude soumise s’intéresse aux processus électrophysiologiques liés au maintien de l’information en mémoire de travail visuel chez des athlètes ayant subi plusieurs commotions cérébrales. La mesure utilisée est la SPCN (sustained posterior controlateral negativity), une composante ERP spécifique au processus cognitif étudié. Les résultats montrent non seulement une composante atténuée chez les athlètes ayant subi trois commotions cérébrales ou plus, mais aussi une modulation de la composante en fonction du nombre de commotions cérébrales subies. Ces résultats pourraient contribuer à expliquer le risque accru de subir des commotions cérébrales subséquentes observées chez ces athlètes. En lien avec la littérature, ces données pourraient s’expliquer par la présence de déficits cognitifs sous-cliniques ou encore par la mise en place de mécanismes compensatoires. Enfin, ces résultats invitent à une grande prudence dans la gestion des cas de commotions cérébrales ainsi qu’à un effort d’éducation plus poussé chez les jeunes athlètes afin qu’ils puissent prendre les meilleures décisions concernant leur avenir.

Le sommeil des personnes atteintes de schizophrénie : résultats d’études par questionnaire, polysomnographie et analyse spectrale de l’EEG en sommeil paradoxal

Les personnes atteintes de schizophrénie peuvent présenter un sommeil anormal même lorsqu’elles sont stables cliniquement sous traitements pharmacologiques. Les études présentées dans cette thèse ont pour but de mesurer le sommeil afin de mieux comprendre les dysfonctions des mécanismes cérébraux pouvant être impliqués dans la physiopathologie de la schizophrénie. Les trois études présentées dans cette thèse rapportent des résultats sur le sommeil dans la schizophrénie à trois niveaux d’analyse chez trois groupes différents de patients. Le premier niveau est subjectif et décrit le sommeil à l’aide d’un questionnaire administré chez des personnes atteintes de schizophrénie cliniquement stables sous traitements pharmacologiques. Le deuxième niveau est objectif et évalue le sommeil par une méta-analyse des études polysomnographiques chez des patients atteints de schizophrénie ne recevant pas de traitement pharmacologique. Le troisième niveau est micro-structurel et utilise l’analyse spectrale de l’électroencéphalogramme (EEG) afin de caractériser le sommeil paradoxal de patients en premier épisode aigu de schizophrénie avant le début du traitement pharmacologique. La première étude montre que, lorsqu’évaluées par un questionnaire de sommeil, les personnes atteintes de schizophrénie cliniquement stables sous traitements pharmacologiques rapportent prendre plus de temps à s’endormir, se coucher plus tôt et se lever plus tard, passer plus de temps au lit et faire plus de siestes comparativement aux participants sains. Aussi, tout comme les participants sains, les personnes atteintes de schizophrénie rapportent un nombre normal d’éveils nocturnes, se disent normalement satisfaites de leur sommeil et se sentent normalement reposées au réveil. La deuxième étude révèle qu’objectivement, lorsque les études polysomnographiques effectuées chez des patients non traités sont soumises à une méta-analyse, les personnes atteintes de schizophrénie montrent une augmentation du délai d’endormissement, une diminution du temps total en sommeil, une diminution de l’efficacité du sommeil et une augmentation de la durée des éveils nocturnes comparativement aux participants sains. Les patients en arrêt aigu de traitement ont des désordres plus sévères au niveau de ces variables que les patients jamais traités. Seulement les patients jamais traités ont une diminution du pourcentage de stade 2 comparativement aux participants sains. La méta-analyse ne révèle pas de différence significative entre les groupes en ce qui concerne le sommeil lent profond et le sommeil paradoxal. La troisième étude, portant sur l’analyse spectrale de l’EEG en sommeil paradoxal, montre une diminution de l’amplitude relative de la bande de fréquence alpha dans les régions frontales, centrales et temporales et montre une augmentation de l’amplitude relative de la bande de fréquence bêta2 dans la région occipitale chez les personnes en premier épisode de schizophrénie jamais traitées comparativement aux participants sains. L’activité alpha absolue est positivement corrélée aux symptômes négatifs dans les régions frontales, centrales et temporales et négativement corrélée aux symptômes positifs dans la région occipitale. L’activité beta2 absolue ne montre pas de corrélation significative avec les symptômes positifs et négatifs de la schizophrénie. Ces résultats sont discutés suivant la possibilité que des dysfonctions au niveau des mécanismes de la vigilance seraient impliquées dans la physiopathologie de la schizophrénie.

Les différences sexuelles dans l’activation cérébrale durant l’accomplissement de la tâche de rotation mentale chez les patients atteints de schizophrénie

Dans la population générale plusieurs études ont démontré que les hommes ont, par comparaison aux femmes, de meilleures performances dans les tâches de rotation mentale à trois dimensions. A l’aide de l’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle, on a pu observer que l’exécution de cette tâche de rotation mentale s’accompagnait d’une activation du cortex pariétal chez l’homme mais du cortex prefrontal chez la femme. Ces différences entre les deux sexes suggèrent un fonctionnement neuronal différent dans l’appréhension des habiletés cognitives et comportementales. De fait, de nombreuses études ont signalé des différences notables entre les deux sexes quant à leur fonctionnement cérébral tant sur le plan émotionnel que de leurs habiletés visuo spatiales. La schizophrénie est un trouble grave et persistant de la santé mentale dont l’origine est certes multifactorielle et dont les facteurs de protection sont partiellement biologiques, psychologiques et sociales. Cette maladie requiert une approche thérapeutique à la fois clinique médicamenteuse, psychologique et sociale visant à une réintégration des malades dans leur communauté. Le pronostic de cette maladie varie en fonction du sexe ainsi que les atteintes neurologiques, neuropsychologiques et socioculturelles. Il est donc surprenant que l’exploration des mécanismes neuronaux sous-tendant les anomalies fonctionnelles cognitivo-comportementales n’ait point, en schizophrénie, adressé à date la fonctionnalité différente de l’homme et de la femme. Une étude pilote, réalisée dans mon laboratoire d’accueil, ayant suggéré chez le schizophrène, lors du traitement cognitif de stimuli émotionnels, une altération du dimorphisme sexuel observé dans la population normale, il devenait impératif de confirmer ces observations. Ce mémoire vise à vérifier par résonnance magnétique fonctionnelle l’activité neuronale cérébrale témoignant de la performance neuropsychologique de schizophrènes des deux sexes et de la comparer à celle de sujets témoins sains appareillés pour l’âge, la dominance hémisphérique et le statut familial socio-économique. A cette fin, nous avons enregistré, lors d’une tâche de rotation mentale à trois dimensions, les variables neurocognitives traduisant la validité des réponses ainsi que leur rapidité d’exécution. Simultanément, nous avons enregistré, par résonnance magnétique fonctionnelle, les sites d’activation cérébrale ainsi que leur degré d’activation corticale. Les données expérimentales, neurocognitives et cérébro-fonctionnelles, furent analysées en comparant les deux sexes d’une part et les deux états de santé d’autre part. Les résultats de ce mémoire ont fait l’objet de deux articles qui sont inclus. Les résultats obtenus confirment l’hypothèse d’un dimorphisme homme/femme dans la population générale ainsi que chez le schizophrène. Ces résultats appuient aussi l’hypothèse de l’altération, chez le schizophrène, du dimorphisme observé dans la population générale.

Traitement cérébral de sons émotionnels : une perspective électrophysiologique

Des sons émotionnels furent présentés comme stimuli cibles lors d'une tâche auditive de type oddball. Les effets acoustiques furent départagés des effets émotionnels à l'aide d'une tâche contrôle similaire utilisant une version brouillée des sons originaux et dépourvue de propriétés émotionnelles. Les résultats du oddball émotionnel qui ont différé du oddball contrôle ont montré des effets de valence inversés dans les composantes électrophysiologiques P2 et P300; la valence négative ayant une amplitude plus grande dans la fenêtre de 130-270ms mais moins intense autour de 290-460ms, lorsque comparée aux valences positives et neutres. Les résultats P2 peuvent être interprétés comme une mobilisation attentionnelle précoce privilégiant les stimuli potentiellement dangereux, tandis que les résultats de la P300 pourrait indiquer une évaluation moins détaillée de ces stimuli.

Un oeil sur la langue : aspects neuro-cognitifs du processus de la navigation chez l'aveugle-né

La vision est un élément très important pour la navigation en général. Grâce à des mécanismes compensatoires les aveugles de naissance ne sont pas handicapés dans leurs compétences spatio-cognitives, ni dans la formation de nouvelles cartes spatiales. Malgré l’essor des études sur la plasticité du cerveau et la navigation chez les aveugles, les substrats neuronaux compensatoires pour la préservation de cette fonction demeurent incompris. Nous avons démontré récemment (article 1) en utilisant une technique d’analyse volumétrique (Voxel-Based Morphometry) que les aveugles de naissance (AN) montrent une diminution de la partie postérieure de l’hippocampe droit, structure cérébrale importante dans la formation de cartes spatiales. Comment les AN forment-ils des cartes cognitives de leur environnement avec un hippocampe postérieur droit qui est significativement réduit ? Pour répondre à cette question nous avons choisi d’exploiter un appareil de substitution sensorielle qui pourrait potentiellement servir à la navigation chez les AN. Cet appareil d’affichage lingual (Tongue display unit -TDU-) retransmet l’information graphique issue d’une caméra sur la langue. Avant de demander à nos sujets de naviguer à l’aide du TDU, il était nécessaire de nous assurer qu’ils pouvaient « voir » des objets dans l’environnement grâce au TDU. Nous avons donc tout d’abord évalué l’acuité « visuo »-tactile (article 2) des sujets AN pour les comparer aux performances des voyants ayant les yeux bandées et munis du TDU. Ensuite les sujets ont appris à négocier un chemin à travers un parcours parsemé d’obstacles i (article 3). Leur tâche consistait à pointer vers (détection), et contourner (négociation) un passage autour des obstacles. Nous avons démontré que les sujets aveugles de naissance non seulement arrivaient à accomplir cette tâche, mais encore avaient une performance meilleure que celle des voyants aux yeux bandés, et ce, malgré l’atrophie structurelle de l’hippocampe postérieur droit, et un système visuel atrophié (Ptito et al., 2008). Pour déterminer quels sont les corrélats neuronaux de la navigation, nous avons créé des routes virtuelles envoyées sur la langue par le biais du TDU que les sujets devaient reconnaitre alors qu’ils étaient dans un scanneur IRMf (article 4). Nous démontrons grâce à ces techniques que les aveugles utilisent un autre réseau cortical impliqué dans la mémoire topographique que les voyants quand ils suivent des routes virtuelles sur la langue. Nous avons mis l’emphase sur des réseaux neuronaux connectant les cortex pariétaux et frontaux au lobe occipital puisque ces réseaux sont renforcés chez les aveugles de naissance. Ces résultats démontrent aussi que la langue peut être utilisée comme une porte d’entrée vers le cerveau en y acheminant des informations sur l’environnement visuel du sujet, lui permettant ainsi d’élaborer des stratégies d’évitement d’obstacles et de se mouvoir adéquatement.

Analyse de l’activité en ondes lentes et des oscillations lentes précédant le somnambulisme

Diverses études se sont penchées sur les paramètres EEG du sommeil en ondes lentes, y compris l’activité en ondes lentes en lien avec le somnambulisme, mais les résultats se révèlent inconsistants et contradictoires. Le premier objectif de la présente étude était d’analyser quantitativement l’EEG en sommeil en mesurant les fluctuations de puissance spectrale en delta (1-4 Hz) et delta lent (0.5-1 Hz) avant des épisodes de somnambulisme. Le second était de détecter les oscillations lentes (> 75 μV, fréquence d'environ 0.7-0.8 Hz) et très lentes (> 140 μV, fréquence d'environ 0.7-0.8 Hz) afin d'examiner leur changement d'amplitude et de densité avant de tels épisodes. Suite à une privation de sommeil de 25 heures, les enregistrements polysomnographiques de 22 adultes atteints de somnambulisme ont été scrutés. L’analyse des 200 secondes avant les épisodes révèle que ceux-ci ne sont pas précédés d’une augmentation graduelle de puissance spectrale en delta ni en delta lent, tant sur les dérivations frontale, centrale que pariétale. Toutefois, une hausse statistiquement significative de la densité des oscillations lentes et des oscillations très lentes a été observée au cours des 20 sec immédiatement avant le début des épisodes. Reste à déterminer le rôle exact de ces paramètres de l’EEG en sommeil par rapport à la manifestation et au diagnostic des parasomnies en sommeil lent.