La saturation de la mémoire auditive à court terme, une étude en électrophysiologie

La présente étude vise à approfondir les connaissances relatives aux mécanismes neuronaux qui sous-tendent la maintenance de sons variant en hauteur dans la mémoire auditive à court terme (MACT), plus précisément lors de sa saturation. À cet effet, la technique des potentiels reliés aux évènements (PRE) en électrophysiologie a été utilisée. La sélection des participants s’est déroulée par l’entremise de deux expériences comportementales : l’une était une tâche de discrimination et l’autre, une tâche qui évaluait l’habileté générale des participants à réussir une tâche similaire à celle de l’expérience principale en électroencéphalographie (EEG). Les résultats comportementaux de notre tâche en EEG ont montré que la performance diminuait de façon significative plus la charge en mémoire augmentait (séquences de 2, 4, 6 et 8 sons) et que l’estimation de la capacité de la MACT mesurée par K augmentait entre 2 et 4 sons pour atteindre un plafond à 4 sons (effet plafond). Le K maximum étant de 2.84 sons, l’empan mnésique (EM) auditif semble être près de 3 sons. Les résultats électrophysiologiques ont montré que la composante électrophysiologique reliée à la maintenance de sons en MACT, la Sustained Anterior Negativity (SAN), était modulée par le nombre de sons à maintenir : son amplitude augmentait de 2 à 4 sons et ce, jusqu’à l’atteinte d’un plafond à 4 sons. Ces résultats suggèrent que la maintenance de sons additionnels dans la MACT n’est plus possible après sa saturation. Nous soutenons donc que la SAN est un index électrophysiologique de l’activité neuronale associée à la maintenance d’items auditifs dans la MACT et que son amplitude est un bon indicateur de la capacité individuelle de la MACT, estimée par K. Des résultats post-hoc ont démontré que les musiciens et les non-musiciens tendent à avoir des différences au niveau de la SAN, sans pour autant modifier l’effet de charge en mémoire. Une analyse qualitative et quantitative de l’utilisation des stratégies mnésiques ont permis de clarifier leur implication et leur nature au sein d’une tâche cognitive de mémoire, plus précisément en audition. Pour conclure, l’ensemble de ces résultats suggère également que la SAN est reliée à la maintenance de sons dans la MACT et ainsi, un bon indicateur de sa capacité.

L'impact de la commotion cérébrale d'origine sportive sur la capacité d'imagerie mentale visuelle d'athlètes

Les études sont mitigées sur les séquelles cognitives des commotions cérébrales, certaines suggèrent qu’elles se résorbent rapidement tandis que d’autres indiquent qu’elles persistent dans le temps. Par contre, aucunes données n’existent pour indiquer si une tâche cognitive comme l’imagerie mentale visuelle fait ressortir des séquelles à la suite d’une commotion cérébrale. Ainsi, la présente étude a pour objet d’évaluer l’effet des commotions cérébrales d’origine sportive sur la capacité d’imagerie mentale visuelle d’objets et d’imagerie spatiale des athlètes. Afin de répondre à cet objectif, nous comparons les capacités d’imagerie mentale chez des joueurs de football masculins de calibre universitaire sans historique répertorié de commotions cérébrales (n=15) et chez un second groupe d’athlète ayant été victime d’au moins une commotion cérébrale (n=15). Notre hypothèse est que les athlètes non-commotionnés ont une meilleure imagerie mentale que les athlètes commotionnés. Les résultats infirment notre hypothèse. Les athlètes commotionnés performent aussi bien que les athlètes non-commotionnés aux trois tests suivants : Paper Folding Test (PFT), Visual Object Identification Task (VOIT) et Vividness of Visual Imagery Questionnaire (VVIQ). De plus, ni le nombre de commotions cérébrales ni le temps écoulé depuis la dernière commotion cérébrale n’influent sur la performance des athlètes commotionnés.

Activité cérébrale reliée à la rétention des sons en mémoire à court-terme auditive

Une variété d’opérations cognitives dépend de la capacité de retenir de l’information auditive pour une courte période de temps. Notamment l’information auditive prend son sens avec le temps; la rétention d’un son disparu permet donc de mieux comprendre sa signification dans le contexte auditif et mène ultimement à une interaction réussite avec l’environnement. L’objectif de cette thèse était d’étudier l’activité cérébrale reliée à la rétention des sons et, ce faisant, parvenir à une meilleure compréhension des mécanismes de bas niveau de la mémoire à court-terme auditive. Trois études empiriques se sont penchées sur différents aspects de la rétention des sons. Le premier article avait pour but d’étudier les corrélats électrophysiologiques de la rétention des sons variant en timbre en utilisant la technique des potentiels reliés aux événements. Une composante fronto-centrale variant avec la charge mnésique a été ainsi révélée. Dans le deuxième article, le patron électro-oscillatoire de la rétention a été exploré. Cette étude a dévoilé une augmentation de l’amplitude variant avec la charge mnésique dans la bande alpha pendant la rétention des sons ainsi qu’une dissociation entre l’activité oscillatoire observée pendant la rétention et celle observée pendant la présentation des sons test. En démontrant des différentes modulations des amplitudes dans la bande alpha et la bande beta, cette étude a pu révéler des processus distincts mais interdépendants de la mémoire à court-terme auditive. Le troisième article a davantage visé à mieux connaître les structures cérébrales soutenant la rétention de sons. L’activité cérébrale a été mesurée avec la magnétoencéphalographie, et des localisations des sources ont été effectuées à partir de ces données. Les résultats ont dévoilé l’implication d’un réseau cérébral contenant des structures temporales, frontales, et pariétales qui était plus important dans l’hémisphère droit que dans l’hémisphère gauche. Les résultats des études empiriques ont permis de souligner l’aspect sensoriel de la mémoire à court-terme auditive et de montrer des similarités dans la rétention de différentes caractéristiques tonales. Dans leur ensemble, les études ont contribué à l’identification des processus neuronaux reliés à la rétention des sons en étudiant l’activité électromagnétique et l’implication des structures cérébrales correspondantes sur une échelle temporelle fine.

Le GABA comme marqueur de récupération suite à une commotion cérébrale dans le sport ?

L’association démontrée récemment entre les commotions cérébrales dans le sport et le développement possible de maladies neurodégénératives a suggéré la possibilité que des altérations persistantes soient présentes dans le cerveau de l’athlète commotionné. En fait, des altérations neurophysiologiques ont récemment été révélées au sein du cortex moteur primaire (M1) d’athlètes ayant un historique de commotions via la stimulation magnétique transcrânienne (SMT). Plus précisément, la période silencieuse corticale (PSC), une mesure d’inhibition liée aux récepteurs GABAB, était anormalement élevée, et cette hyper-inhibition était présente jusqu’à 30 ans post-commotion. La PSC, et possiblement le GABA, pourraient donc s’avérer des marqueurs objectifs des effets persistants de la commotion cérébrale. Toutefois, aucune étude à ce jour n’a directement évalué les niveaux de GABA chez l’athlète commotionné. Ainsi, les études cliniques et méthodologiques composant le présent ouvrage comportent deux objectifs principaux: (1) déterminer si l’inhibition excessive (GABA et PSC) est un marqueur des effets persistants de la commotion cérébrale; (2) déterminer s’il est possible de moduler l’inhibition intracorticale de façon non-invasive dans l’optique de développer de futurs avenues de traitements. L’article 1 révèle une préservation des systèmes sensorimoteurs, somatosensoriels et de l’inhibition liée au GABAA chez un groupe d’athlètes universitaires asymptomatiques ayant subi de multiples commotions cérébrales en comparaison avec des athlètes sans historique connu de commotion cérébrale. Cependant, une atteinte spécifique des mesures liées au système inhibiteur associé aux récepteurs GABAB est révélée chez les athlètes commotionnés en moyenne 24 mois post-commotion. Dans l’article 2, aucune atteinte des mesures SMT liées au système inhibiteur n’est révélée en moyenne 41 mois après la dernière commotion cérébrale chez un groupe d’athlètes asymptomatiques ayant subi 1 à 5 commotions cérébrales. Bien qu’aucune différence entre les groupes n’est obtenue quant aux concentrations de GABA et de glutamate dans M1 via la spectroscopie par résonance magnétique (SRM), des corrélations différentielles suggèrent la présence d’un déséquilibre métabolique entre le GABA et le glutamate chez les athlètes commotionnés. L’article 3 a démontré, chez des individus en bonne santé, un lien entre la PSC et la transmission glutamatergique, ainsi que le GABA et le glutamate. Ces résultats suggèrent que la PSC ne reflète pas directement les concentrations du GABA mesurées par la SRM, mais qu’un lien étroit entre la GABA et le glutamate est présent. L’article 4 a démontré la possibilité de moduler la PSC avec la stimulation électrique transcrânienne à courant direct (SÉTcd) anodale chez des individus en santé, suggérant l’existence d’un potentiel thérapeutique lié à l’utilisation de cette technique. L’article 5 a illustré un protocole d’évaluation des effets métaboliques de la SÉTcd bilatérale. Dans l’article 6, aucune modulation des systèmes GABAergiques révélées par la SMT et la SRM n’est obtenue suite à l’utilisation de ce protocole auprès d’individus en santé. Cet article révèle également que la SÉTcd anodale n’engendre pas de modulation significative du GABA et du glutamate. En somme, les études incluent dans le présent ouvrage ont permis d’approfondir les connaissances sur les effets neurophysiologiques et métaboliques des commotions cérébrales, mais également sur le mécanisme d’action des diverses méthodologies utilisées.

L'oxygénothérapie hyperbare dans le traitement de la paralysie cérébrale : arnaque ou traitement approprié?

L'oxygénothérapie hyperbare (OTH) consiste à soumettre un patient à des taux de pression plus élevés que la pression atmosphérique normale et de lui faire respirer 100 % d'oxygène. Cette approche a été mise à l'essai pour le traitement de nombreuses conditions médicales avec succès dans certains cas alors pour d'autres sa validité reste encore à démontrer. Dans le cas de la paralysie cérébrale son utilisation a soulevé de nombreuses controverses et les études conduites jusqu'alors n'ont pas encore convaincu tous les membres de la communauté scientifique et ce, malgré certains effets positifs mis en évidence. Une récente étude qui a montré des améliorations notables chez des enfants atteints de paralysie cérébrale (PC) traités avec de l'air légèrement pressurisé, de même que chez ceux traités avec un protocole standard pour l'oxygénothérapie hyperbare (l'OTH), est invoquée pour nier l'efficacité de l'OTH. Des considérations politiques et économiques, plutôt que purement scientifiques, jouent un rôle important dans cette controverse. Des recherches systématiques supplémentaires sont requises, mais entre-temps, comme les effets thérapeutiques de cette approche semblent plus importants que ceux des thérapies actuellement acceptées dans le traitement de la paralysie cérébrale, les enfants atteints de cette condition ne devraient pas se faire refuser l'accès à l'OTH.

Photoacoustic signal saturation and optical limiting in C70-toluene solution

Pulsed photoacoustic studies in solutions of C70 in toluene are made using the 532-nm radiation from a frequency-doubled Nd:YAG laser. It is found that contrary to expectation, there is no photoacoustic (PA) signal enhancement in the power-limiting range of laser fluences. Instead, the PA signal tends to saturate during optical power-limiting phenomenon. This could be due to the enhanced optical absorption from the photoexcited state and hence the depletion of the ground-state population. PA measurements also ruled out the possibility of multiphoton absorption in the C70 solution. We demonstrate that the nonlinear absorption leading to optical limiting is mainly due to reverse saturable absorption.

Role of structural saturation and geometry in the luminescence of silicon-based nanostructured materials

The structural saturation and stability, the energy gap, and the density of states of a series of small, silicon-based clusters have been studied by means of the PM3 and some ab initio (HF/6-31G* and 6-311++G**, CIS/6-31G* and MP2/6-31G*) calculations. It is shown that in order to maintain a stable nanometric and tetrahedral silicon crystallite and remove the gap states, the saturation atom or species such as H, F, Cl, OH, O, or N is necessary, and that both the cluster size and the surface species affect the energetic distribution of the density of states. This research suggests that the visible luminescence in the silicon-based nanostructured material essentially arises from the nanometric and crystalline silicon domains but is affected and protected by the surface species, and we have thus linked most of the proposed mechanisms of luminescence for the porous silicon, e.g., the quantum confinement effect due to the cluster size and the effect of Si-based surface complexes.

A system to reduce the effect of CCDs saturation

Colour image segmentation based on the hue component presents some problems due to the physical process of image formation. One of that problems is colour clipping, which appear when at least one of the sensor components is saturated. We have designed a system, that works for a trained set of colours, to recover the chromatic information of those pixels on which colour has been clipped. The chromatic correction method is based on the fact that hue and saturation are invariant to the uniform scaling of the three RGB components. The proposed method has been validated by means of a specific colour image processing board that has allowed its execution in real time. We show experimental results of the application of our method

Bald eagle (Haliaeetus leucocephalus) population increases in Placentia Bay, Newfoundland: evidence for habitat saturation?

Across North America, Bald Eagle (Haliaeetus leucocephalus) populations appear to be recovering following bans of DDT. A limited number of studies from across North America have recorded a surplus of nonbreeding adult Bald Eagles in dense populations when optimal habitat and food become limited. Placentia Bay, Newfoundland is one of these. The area has one of the highest densities of Bald Eagles in eastern North America, and has recently experienced an increase in the proportion of nonbreeding adults within the population. We tested whether the observed Bald Eagle population trends in Placentia Bay, Newfoundland during the breeding seasons 1990-2009 are due to habitat saturation. We found no significant differences in habitat or food resource characteristics between occupied territories and pseudo-absence data or between nest sites with high vs. low nest activity/occupancy rates. Therefore there is no evidence for habitat saturation for Bald Eagles in Placentia Bay and alternative hypotheses for the high proportion of nonbreeding adults should be considered. The Newfoundland population provides an interesting case for examination because it did not historically appear to be affected by pollution. An understanding of Bald Eagle population dynamics in a relatively pristine area with a high density can be informative for restoration and conservation of Bald Eagle populations elsewhere.

Variation in dynamic elastic shear modulus of sandstone upon fluid saturation and substitution

Experimental acoustic measurements on sandstone rocks at both sonic and ultrasonic frequencies show that fluid saturation can cause a noticeable change in both the dynamic bulk and shear elastic moduli of sandstones. We observed that the change in dynamic shear modulus upon fluid saturation is highly dependent on the type of saturant, its viscosity, rock microstructure, and applied pressures. Frequency dispersion has some influence on dynamic elastic moduli too, but its effect is limited to the ultrasonic frequency ranges and above. We propose that viscous coupling, reduction in free surface energy, and, to a limited extent, frequency dispersion due to both local and global flow are the main mechanisms responsible for the change in dynamic shear elastic modulus upon fluid saturation and substitution, and we quantify influences.

Feeding rumen-inert fats differing in their degree of saturation decreases intake and increases plasma concentrations of gut peptides in lactating dairy cows

Our objective was to determine the effect of feeding rumen-inert fats differing in their degree of saturation on dry matter intake (DMI), milk production, and plasma concentrations of insulin, glucagon-like peptide 1 (7-36) amide (GLP-1), glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP), and cholecystokinin (CCK) in lactating dairy cows. Four midlactation, primiparous Holstein cows were used in a 4 x 4 Latin square experiment with 2-wk periods. Cows were fed a control mixed ration ad libitum, and treatments were the dietary addition (3.5% of ration dry matter) of 3 rumen-inert fats as sources of mostly saturated fatty acids (SFA), monounsaturated fatty acids (MUFA), or polyunsaturated fatty acids (PUFA). Daily DMI, milk yield, and composition were measured on the last 4 d of each period. Jugular vein blood was collected every 30 min over a 7-h period on d 12 and 14 of each period for analysis of plasma concentrations of hormones, glucose, and nonesterified fatty acids. Feeding fat decreased DMI, and the decrease tended to be greater for MUFA and PUFA compared with SFA. Plasma concentration of GLP-1 increased when fat was fed and was greater for MUFA and PUFA. Feeding fat increased plasma glucose-dependent insulinotropic polypeptide and CCK concentrations and decreased plasma insulin concentration. Plasma CCK concentration was greater for MUFA and PUFA than for SFA and was greater for MUFA than PUFA. Decreases in DMI in cows fed fat were associated with increased plasma concentrations of GLP-1 and CCK and a decreased insulin concentration. The role of these peptides in regulating DMI in cattle fed fat requires further investigation.

On nonlinear symmetric stability and the nonlinear saturation of symmetric instability

A nonlinear symmetric stability theorem is derived in the context of the f-plane Boussinesq equations, recovering an earlier result of Xu within a more general framework. The theorem applies to symmetric disturbances to a baroclinic basic flow, the disturbances having arbitrary structure and magnitude. The criteria for nonlinear stability are virtually identical to those for linear stability. As in Xu, the nonlinear stability theorem can be used to obtain rigorous upper bounds on the saturation amplitude of symmetric instabilities. In a simple example, the bounds are found to compare favorably with heuristic parcel-based estimates in both the hydrostatic and non-hydrostatic limits.

Nonlinear saturation of baroclinic instability: part III: bounds on the energy

Rigorous upper bounds are derived on the saturation amplitude of baroclinic instability in the two-layer model. The bounds apply to the eddy energy and are obtained by appealing to a finite amplitude conservation law for the disturbance pseudoenergy. These bounds are to be distinguished from those derived in Part I of this study, which employed a pseudomomentum conservation law and provided bounds on the eddy potential enstrophy. The bounds apply to conservative (inviscid, unforced) flow, as well as to forced-dissipative flow when the dissipation is proportional to the potential vorticity. Bounds on the eddy energy are worked out for a general class of unstable westerly jets. In the special case of the Phillips model of baroclinic instability, and in the limit of infinitesimal initial eddy amplitude, the bound states that the eddy energy cannot exceed ϵβ2/6F where ϵ = (U − Ucrit)/Ucrit is the relative supercriticality. This bound captures the essential dynamical scalings (i.e., the dependence on ϵ, β, and F) of the saturation amplitudes predicted by weakly nonlinear theory, as well as exhibiting remarkable quantitative agreement with those predictions, and is also consistent with heuristic baroclinic adjustment estimates.

Nonlinear saturation of baroclinic instability: part II: continuously stratified fluid

Rigorous upper bounds are derived that limit the finite-amplitude growth of arbitrary nonzonal disturbances to an unstable baroclinic zonal flow in a continuously stratified, quasi-geostrophic, semi-infinite fluid. Bounds are obtained bath on the depth-integrated eddy potential enstrophy and on the eddy available potential energy (APE) at the ground. The method used to derive the bounds is essentially analogous to that used in Part I of this study for the two-layer model: it relies on the existence of a nonlinear Liapunov (normed) stability theorem, which is a finite-amplitude generalization of the Charney-Stern theorem. As in Part I, the bounds are valid both for conservative (unforced, inviscid) flow, as well as for forced-dissipative flow when the dissipation is proportional to the potential vorticity in the interior, and to the potential temperature at the ground. The character of the results depends on the dimensionless external parameter γ = f02ξ/β0N2H, where ξ is the maximum vertical shear of the zonal wind, H is the density scale height, and the other symbols have their usual meaning. When γ ≫ 1, corresponding to “deep” unstable modes (vertical scale ≈H), the bound on the eddy potential enstrophy is just the total potential enstrophy in the system; but when γ≪1, corresponding to ‘shallow’ unstable modes (vertical scale ≈γH), the eddy potential enstrophy can be bounded well below the total amount available in the system. In neither case can the bound on the eddy APE prevent a complete neutralization of the surface temperature gradient which is in accord with numerical experience. For the special case of the Charney model of baroclinic instability, and in the limit of infinitesimal initial eddy disturbance amplitude, the bound states that the dimensionless eddy potential enstrophy cannot exceed (γ + 1)2/24&gamma2h when γ ≥ 1, or 1/6;&gammah when γ ≤ 1; here h = HN/f0L is the dimensionless scale height and L is the width of the channel. These bounds are very similar to (though of course generally larger than) ad hoc estimates based on baroclinic-adjustment arguments. The possibility of using these kinds of bounds for eddy-amplitude closure in a transient-eddy parameterization scheme is also discussed.

Nonlinear saturation of baroclinic instability: part I: the two-layer model

A rigorous bound is derived which limits the finite-amplitude growth of arbitrary nonzonal disturbances to an unstable baroclinic zonal flow within the context of the two-layer model. The bound is valid for conservative (unforced) flow, as well as for forced-dissipative flow that when the dissipation is proportional to the potential vorticity. The method used to derive the bound relies on the existence of a nonlinear Liapunov (normed) stability theorem for subcritical flows, which is a finite-amplitude generalization of the Charney-Stern theorem. For the special case of the Philips model of baroclinic instability, and in the limit of infinitesimal initial nonzonal disturbance amplitude, an improved form of the bound is possible which states that the potential enstrophy of the nonzonal flow cannot exceed ϵβ2, where ϵ = (U − Ucrit)/Ucrit is the (relative) supereriticality. This upper bound turns out to be extremely similar to the maximum predicted by the weakly nonlinear theory. For unforced flow with ϵ < 1, the bound demonstrates that the nonzonal flow cannot contain all of the potential enstrophy in the system; hence in this range of initial supercriticality the total flow must remain, in a certain sense, “close” to a zonal state.