Cognitive anatomy of the temporal lobe: Effect of personality in population with mild cognitive impairment & Functional specialization for memory systems in healthy individuals.

Résumé: L'impact de la maladie d'Alzheimer (MA) est dévastateur pour la vie quotidienne de la personne affectée, avec perte progressive de la mémoire et d'autres facultés cognitives jusqu'à la démence. Il n'existe toujours pas de traitement contre cette maladie et il y a aussi une grande incertitude sur le diagnostic des premiers stades de la MA. La signature anatomique de la MA, en particulier l'atrophie du lobe temporal moyen (LTM) mesurée avec la neuroimagerie, peut être utilisée comme un biomarqueur précoce, in vivo, des premiers stades de la MA. Toutefois, malgré le rôle évident du LMT dans les processus de la mémoire, nous savons que les modèles anatomiques prédictifs de la MA basés seulement sur des mesures d'atrophie du LTM n'expliquent pas tous les cas cliniques. Au cours de ma thèse, j'ai conduit trois projets pour comprendre l'anatomie et le fonctionnement du LMT dans (1) les processus de la maladie et dans (2) les processus de mémoire ainsi que (3) ceux de l'apprentissage. Je me suis intéressée à une population avec déficit cognitif léger (« Mild Cognitive Impairment », MCI), à risque pour la MA. Le but du premier projet était de tester l'hypothèse que des facteurs, autres que ceux cognitifs, tels que les traits de personnalité peuvent expliquer les différences interindividuelles dans le LTM. De plus, la diversité phénotypique des manifestations précliniques de la MA provient aussi d'une connaissance limitée des processus de mémoire et d'apprentissage dans le cerveau sain. L'objectif du deuxième projet porte sur l'investigation des sous-régions du LTM, et plus particulièrement de leur contribution dans différentes composantes de la mémoire de reconnaissance chez le sujet sain. Pour étudier cela, j'ai utilisé une nouvelle méthode multivariée ainsi que l'IRM à haute résolution pour tester la contribution de ces sous-régions dans les processus de familiarité (« ou Know ») et de remémoration (ou « Recollection »). Finalement, l'objectif du troisième projet était de tester la contribution du LTM en tant que système de mémoire dans l'apprentissage et l'interaction dynamique entre différents systèmes de mémoire durant l'apprentissage. Les résultats du premier projet montrent que, en plus du déficit cognitif observé dans une population avec MCI, les traits de personnalité peuvent expliquer les différences interindividuelles du LTM ; notamment avec une plus grande contribution du neuroticisme liée à une vulnérabilité au stress et à la dépression. Mon étude a permis d'identifier un pattern d'anormalité anatomique dans le LTM associé à la personnalité avec des mesures de volume et de diffusion moyenne du tissu. Ce pattern est caractérisé par une asymétrie droite-gauche du LTM et un gradient antéro-postérieur dans le LTM. J'ai interprété ce résultat par des propriétés tissulaires et neurochimiques différemment sensibles au stress. Les résultats de mon deuxième projet ont contribué au débat actuel sur la contribution des sous-régions du LTM dans les processus de familiarité et de remémoration. Utilisant une nouvelle méthode multivariée, les résultats supportent premièrement une dissociation des sous-régions associées aux différentes composantes de la mémoire. L'hippocampe est le plus associé à la mémoire de type remémoration et le cortex parahippocampique, à la mémoire de type familiarité. Deuxièmement, l'activation correspondant à la trace mnésique pour chaque type de mémoire est caractérisée par une distribution spatiale distincte. La représentation neuronale spécifique, « sparse-distributed», associée à la mémoire de remémoration dans l'hippocampe serait la meilleure manière d'encoder rapidement des souvenirs détaillés sans interférer les souvenirs précédemment stockés. Dans mon troisième projet, j'ai mis en place une tâche d'apprentissage en IRM fonctionnelle pour étudier les processus d'apprentissage d'associations probabilistes basé sur le feedback/récompense. Cette étude m'a permis de mettre en évidence le rôle du LTM dans l'apprentissage et l'interaction entre différents systèmes de mémoire comme la mémoire procédurale, perceptuelle ou d'amorçage et la mémoire de travail. Nous avons trouvé des activations dans le LTM correspondant à un processus de mémoire épisodique; les ganglions de la base (GB), à la mémoire procédurale et la récompense; le cortex occipito-temporal (OT), à la mémoire de représentation perceptive ou l'amorçage et le cortex préfrontal, à la mémoire de travail. Nous avons également observé que ces régions peuvent interagir; le type de relation entre le LTM et les GB a été interprété comme une compétition, ce qui a déjà été reporté dans des études récentes. De plus, avec un modèle dynamique causal, j'ai démontré l'existence d'une connectivité effective entre des régions. Elle se caractérise par une influence causale de type « top-down » venant de régions corticales associées avec des processus de plus haut niveau venant du cortex préfrontal sur des régions corticales plus primaires comme le OT cortex. Cette influence diminue au cours du de l'apprentissage; cela pourrait correspondre à un mécanisme de diminution de l'erreur de prédiction. Mon interprétation est que cela est à l'origine de la connaissance sémantique. J'ai également montré que les choix du sujet et l'activation cérébrale associée sont influencés par les traits de personnalité et des états affectifs négatifs. Les résultats de cette thèse m'ont amenée à proposer (1) un modèle expliquant les mécanismes possibles liés à l'influence de la personnalité sur le LTM dans une population avec MCI, (2) une dissociation des sous-régions du LTM dans différents types de mémoire et une représentation neuronale spécifique à ces régions. Cela pourrait être une piste pour résoudre les débats actuels sur la mémoire de reconnaissance. Finalement, (3) le LTM est aussi un système de mémoire impliqué dans l'apprentissage et qui peut interagir avec les GB par une compétition. Nous avons aussi mis en évidence une interaction dynamique de type « top -down » et « bottom-up » entre le cortex préfrontal et le cortex OT. En conclusion, les résultats peuvent donner des indices afin de mieux comprendre certains dysfonctionnements de la mémoire liés à l'âge et la maladie d'Alzheimer ainsi qu'à améliorer le développement de traitement. Abstract: The impact of Alzheimer's disease is devastating for the daily life of the affected patients, with progressive loss of memory and other cognitive skills until dementia. We still lack disease modifying treatment and there is also a great amount of uncertainty regarding the accuracy of diagnostic classification in the early stages of AD. The anatomical signature of AD, in particular the medial temporal lobe (MTL) atrophy measured with neuroimaging, can be used as an early in vivo biomarker in early stages of AD. However, despite the evident role of MTL in memory, we know that the derived predictive anatomical model based only on measures of brain atrophy in MTL does not explain all clinical cases. Throughout my thesis, I have conducted three projects to understand the anatomy and the functioning of MTL on (1) disease's progression, (2) memory process and (3) learning process. I was interested in a population with mild cognitive impairment (MCI), at risk for AD. The objective of the first project was to test the hypothesis that factors, other than the cognitive ones, such as the personality traits, can explain inter-individual differences in the MTL. Moreover, the phenotypic diversity in the manifestations of preclinical AD arises also from the limited knowledge of memory and learning processes in healthy brain. The objective of the second project concerns the investigation of sub-regions of the MTL, and more particularly their contributions in the different components of recognition memory in healthy subjects. To study that, I have used a new multivariate method as well as MRI at high resolution to test the contribution of those sub-regions in the processes of familiarity and recollection. Finally, the objective of the third project was to test the contribution of the MTL as a memory system in learning and the dynamic interaction between memory systems during learning. The results of the first project show that, beyond cognitive state of impairment observed in the population with MCI, the personality traits can explain the inter-individual differences in the MTL; notably with a higher contribution of neuroticism linked to proneness to stress and depression. My study has allowed identifying a pattern of anatomical abnormality in the MTL related to personality with measures of volume and mean diffusion of the tissue. That pattern is characterized by right-left asymmetry in MTL and an anterior to posterior gradient within MTL. I have interpreted that result by tissue and neurochemical properties differently sensitive to stress. Results of my second project have contributed to the actual debate on the contribution of MTL sub-regions in the processes of familiarity and recollection. Using a new multivariate method, the results support firstly a dissociation of the subregions associated with different memory components. The hippocampus was mostly associated with recollection and the surrounding parahippocampal cortex, with familiarity type of memory. Secondly, the activation corresponding to the mensic trace for each type of memory is characterized by a distinct spatial distribution. The specific neuronal representation, "sparse-distributed", associated with recollection in the hippocampus would be the best way to rapidly encode detailed memories without overwriting previously stored memories. In the third project, I have created a learning task with functional MRI to sudy the processes of learning of probabilistic associations based on feedback/reward. That study allowed me to highlight the role of the MTL in learning and the interaction between different memory systems such as the procedural memory, the perceptual memory or priming and the working memory. We have found activations in the MTL corresponding to a process of episodic memory; the basal ganglia (BG), to a procedural memory and reward; the occipito-temporal (OT) cortex, to a perceptive memory or priming and the prefrontal cortex, to working memory. We have also observed that those regions can interact; the relation type between the MTL and the BG has been interpreted as a competition. In addition, with a dynamic causal model, I have demonstrated a "top-down" influence from cortical regions associated with high level cortical area such as the prefrontal cortex on lower level cortical regions such as the OT cortex. That influence decreases during learning; that could correspond to a mechanism linked to a diminution of prediction error. My interpretation is that this is at the origin of the semantic knowledge. I have also shown that the subject's choice and the associated brain activation are influenced by personality traits and negative affects. Overall results of this thesis have brought me to propose (1) a model explaining the possible mechanism linked to the influence of personality on the MTL in a population with MCI, (2) a dissociation of MTL sub-regions in different memory types and a neuronal representation specific to each region. This could be a cue to resolve the actual debates on recognition memory. Finally, (3) the MTL is also a system involved in learning and that can interact with the BG by a competition. We have also shown a dynamic interaction of « top -down » and « bottom-up » types between the pre-frontal cortex and the OT cortex. In conclusion, the results could give cues to better understand some memory dysfunctions in aging and Alzheimer's disease and to improve development of treatment.

AU COMMENCEMENT ÉTAIT LA MÉTAPHORE: UNE INTUITION PRÉCOCE DE NIETZSCHE SUR LA PRIMAUTÉ DE LA MÉTAPHORE COMME MATRICE COGNITIVE

RÉSUMÉ Cette étude met en perspective le précédent constitué par les travaux précoces du jeune Nietzsche où ce dernier fait valoir la force structurante de la métaphore comme matrice des facultés cognitives. Nous offrons d’abord une brève esquisse des postulats et des acquis des grammaires cognitives associées aux travaux d’Eleanor Rosch, ensuite de George Lakoff et Mark Johnson, ainsi qu’à la notion d’inscription corporelle de l’esprit développée par Francesco Varela. Cet exercice sert de propédeutique à une série de lectures tangentes mobilisant divers angles d’approche appelés à faciliter noter évaluation des contributions de Nietzsche au domaine de la cognition. Les travaux examinés nous situent dans la période contemporaine de la publication de son premier grand ouvrage, La naissance de la tragédie (1872) : les notes pour le cours intitulé Présentation de la rhétorique ancienne (Darstellung der antiken Rhetorik), prononcé au semestre d’hiver 1872-1873 à l’Université de Bâle, ensuite ses Theoretische Studien, datant de l’été 1873, avec un renvoi aux développements plus tardifs dans le Gai Savoir (1882). La thèse de Nietzsche peut être résumée comme suit : tous les éléments de l’appareil catégorial et du régime conceptuel à l’aide desquels nous appréhendons la réalité, a fortiori la notion de vérité qui en est le garant, sont le « précipité » ou le résidu d’un faisceau de métaphores qui constituent la force structurante des facultés cognitives. Si chez Kant nous n’avons accès qu’aux phénomènes et non au noumène, chez Nietzsche nous n’avons affaire qu’à des perspectives ou des points de vues alors que la réalité nous est monnayée sous forme de vérités qui sont des fictions ou des métaphores usées. Il ressort de cet examen que le tropisme endogène de la langue constitue une force majeure dans l’implémentation d’une conceptualité qui a la vertu d’oblitérer sa préhistoire et de se ménager un statut qui est incessamment implosé par le reflux de l’imagination créatrice nourrie par la force métaphorique qui répond à une impulsion foncière que Nietzsche associe à une « force artiste » (Kunstkraft) qui tend à démultiplier les perspectives dont la généalogie se conjugue à l’exponentiel.

Environnement et capacités cognitives chez le rat : compétition entre les facteurs qui influencent les stratégies spatiales

RESUME Ce travail se propose de discuter des résultats comportementaux observés chez des rats obtenus dans trois paradigmes expérimentaux différents : le bassin de Morris (Morris Water Maze, Morris, 1984) ; la table à trous (Homing Board, Schenk, 1989) et le labyrinthe radial (Radial Arm Maze, Olton et Samuelson, 1976). Les deux premières tâches sont spatiales et permettent un apprentissage de place en environnements contrôlés, et la troisième est une tâche comportementale qui différencie deux habiletés particulières, celle d'élimination (basée sur la mémoire de travail) et celle de sélection (basée sur la mémoire de référence). La discussion des résultats porte sur les stratégies de navigation utilisées par les animaux pour résoudre les tâches et plus précisément sur les facteurs qui peuvent influencer le choix de ces stratégies. Le facteur environnemental (environnement contrôlé) et le facteur cognitif (vieillissement) représentent les variables étudiées ici. C'est ainsi que certaines hypothèses communément acceptées ont été malmenées par nos résultats. Or si l'espace est habituellement supposé homogène (toutes les positions spatiales présentent le même degré de difficulté lors d'un apprentissage en champ ouvert), ce travail établit qu'une position associée -sans contiguïté - à l'un des trois indices visuels situés dans la périphérie de l'environnement est plus difficile à apprendre qu'une position située entre deux des trois indices. Deuxièmement, alors qu'il est admis que l'apprentissage d'une place dans un environnement riche requiert le même type d'information. dans la bassin de Morris (tâche nagée) que sur la table à trous (tâche marchée), nous avons montré que la discrimination spatiale en bassin ne peut être assurée par les trois indices visuels périphériques et nécessite la présence d'au moins un élément supplémentaire. Enfin, l'étude du vieillissement a souvent montré que l'âge réduit les capacités cognitives nécessaires à la navigation spatiale, conduisant à un déficit général des performances d'un animal sénescent, alors que dans notre travail, nous avons trouvé les animaux âgés plus performants et plus efficaces que les adultes dans une tâche particulière de collecte de nourriture. Ces expériences s'inscrivent dans une étude générale qui met à l'épreuve le modèle théorique proposé pax Schenk et Jacobs (2003), selon lequel l'encodage de la carte cognitive (Tolman, 1948 ; O'Keefe et Nadel, 1978) se ferait dans l'hippocampe par l'activité de deux modules complémentaires :d'une part le CA3 - Gyrus Denté pour le traitement d'une trame spatiale basée sur des éléments directionnels et Jou distribués en gradient (bearing map) et d'autre part le CAl - Subiculum pour le traitement des représentations locales basées sur les positions relatives des éléments fixes de l'environnement (sketch map). SUMMARY This work proposes to talk about behavioural results observed in three different experimental paradigms with rats: the Morris Water Maze (Morris, 1984); the Homing Board (Schenk, 1989) and the Radial Arm Maze (Olton and Samuelson, 1976). The two first tasks are spatial ones and allow place learning in controlled environments. The third one is a behavioural task which contrasts two particular skills, the elimination (based on working memory) and the selection one (based on reference memory). The topic of the discussion will be the navigation strategies used by animals to solve the different tasks, and more precisely the factors which can bias this strategies' choice. The environmental (controlled) and the cognitive (aging) factors are the variables studied here. Thus, some hypotheses usually accepted were manhandled by our results. Indeed, if space is habitually homogenously considered (all spatial positions present the same degree of difficulty in an open field learning), this work establishes that an associated position -without being adjacent - to one of the three visual cues localised in the environmental periphery is more difficult to learn than a configurationnel position (situated between two of the three cues). Secondly, if it is received that place learning in a rich environment requires the same information in the Morris water maze (swimming task) that on the Homing board (walking task), we showed that spatial discrimination in the water maze can't be provided by the three peripheral cue cards and needs the presence of a supplementary cue. At last, aging studies often showed that oldness decreases cognitive skills in spatial navigation, leading to a general deficit in performances. But, in our work, we found that senescent rats were more efficient than adult ones in a special food collecting task. These experiments come within the scope of a general study which tests the theoretical model proposed by Jacobs and Schenk (2003), according to which the cognitive map's encoding (Tolman, 1948, O'Keefe and Nadel, 1978) should take place in the hippocampus by two complementary modules, first the DG-CA3 should encode directional and/or gradients references (the bearing map), and secondly the Subiculum-CAl should process locale elements (the sketch map).

Hypertension. Effets du traitement antihypertenseur sur les fonctions cognitives [Hypertension. Effects of antihypertensive therapy on cognitive functions].

A cause and effect relationship between arterial hypertension and decline of cognitive function has long been suspected. In middle-age subjects indeed, an abnormally high blood pressure is a risk factor for the long-term development of dementia. Presently, it seems crucial to treat hypertensive patients in order to better protect them against cognitive decline. However, in the elderly patients the risk of mental deterioration may also be enhanced when diastolic pressure becomes too low, for example below 70 mmHg. Further studies are required to better define the antihypertensive drug regimen and target blood pressure which would be optimal for the prevention of cerebral small vessel disease.

Étude de l'influence de l'activité inflammatoire liée au TNFα sur les altérations cognitives et comportementales et le dépôt de plaques β amyloïdes chez la souris

Résumé Les mutations du gène APP (amyloïde de la protéine de précurseur) sur le chromosome 21 mènent à une surproduction de protéines β amyloïdes dans la maladie d'Alzheimer (MA). Il existe donc un consensus impliquant la cascade amyloïde dans la genèse et le développement de la MA. C'est pourquoi, afin d'évaluer l'hypothèse de la cascade inflammatoire de la MA, on combine des manipulations génétiques chez des modèles de souris transgéniques avec des traitements anti-inflammatoires. Les animaux porteurs d'une mutation génétique induite permettent d'évaluer le rôle de certains gènes dans le développement de la maladie. Pour ce faire j'ai étudié les performances de différentes cohortes de souris soumises à un ensemble de trois épreuves comportementales complémentaires ; la première étudiant les conduites exploratoires, la deuxième évaluant la capacité de l'animal à effectuer un apprentissage de lieu et la troisième explorant l'efficacité des animaux dans une tâche dite d'élimination. Enfin, une évaluation complémentaire a été fondée sur le répertoire des troubles du comportement des animaux. Chez les animaux APP homozygotes, l'organisation de la mémoire se dégrade et se modifie avec l'âge. Chez ces animaux, le déficit des mémoires de références et de travail se manifeste déjà chez les souris jeunes (dès l'âge de 50 jours).De plus, il est apparu un certain nombre de troubles comportementaux. Enfin les APP homozygotes sont ceux qui ont le plus de dépôt de plaques amyloïdes localisé dans l'hippocampe. Chez les animaux APP hétérozygotes, tant la mémoire de référence, utilisée au cours d'un apprentissage de lieu, que la mémoire de travail permettant d'éviter des bras déjà visités, ne sont affectées que chez les sujets de 15 mois. De plus, tous les troubles du comportement sont présents à 15 mois, mais de manière moins intense que chez les animaux APP homozygotes. Un traitement anti-TNF administré aux APP hétérozygotes n'a pas permis d'améliorer leur performance mais a un effet bénéfique sur les troubles du comportement. Enfin, le pourcentage des dépôts de plaques a été estimé à trois fois moins élevé chez ces animaux hétérozygotes de 16 mois que chez les APP homozygotes de 8 mois. Chez les animaux APP hétérozygotes dont le gène TNFα est bloqué, les mémoires de travail et de référence sont altérées déjà à l'âge de 6 mois, en dépit du blocage de l'expression de TNF. Ces jeunes animaux ont même une capacité cognitive inférieure à celle des animaux hétérozygotes APP, en gardant toutefois leur activité et performance exploratoires intactes. Ainsi, il semble que le blocage de l'expression du gène TNFα chez des souris APP n'influence pas leurs capacités cognitives mais permet, d'une part, d'éviter l'apparition des troubles du comportement et d'autre part, ralentit le processus du déclin cognitif. Enfin, le pourcentage de plaques amyloïdes a été évalué à deux fois plus élevés pour les KO TNF-α APP hétérozygotes de 15 mois par rapport à des APP hétérozygotes sans traitement du même âge. Chez les animaux APP hétérozygotes surexprimant le TNFα, cette association génétique péjore la performance cognitive comparée à celle des APP homozygotes. Ces animaux ont une altération des mémoires de travail et de référence équivalente à celle retrouvée chez des APP homozygotes. Un traitement anti-inflammatoire administré à ces souris n'améliore pas la capacité cognitive mais permet d'une part, d'éviter l'apparition des troubles comportementaux, et d'autre part, d'entraîner la presque disparition des plaques amyloïdes. Abstract Mutations on the amyloid precursor protein (APP) gene on chromosome 21 lead to an overproduction of β amyloid in both human early onset familial Alzheimer's Disease (AD) and transgenic (TG) mice. On the other hand, inflammatory responses in the brain seem to contribute to the genesis and evolution of neurodegenerative damage. To study the influence of inflammatory factors - especially TNFα - on brain amyloid and behavioural components, TG mice expressing mutant amyloid precursor protein were treated with anti-TNFα antibody and compared with controls injected with PBS buffer or human globulins, as well as with APP mice knockout for the TNFα gene. The APP/V717 mutation leads to a brain deposit of amyloid and to significant behavioural deficits in both homozygous at different ages and heterozygous only at 15 months. The percentage of amyloid is almost triple in APP+/+ than in APP+/- animals, indicating a gene dosage effect. There is no significant effect of an anti-TNF treatment on the deposit of brain amyloid nor spatial learning capabilities. Transgenic mice show also stereotyped behaviour but the anti-TNF treatment decreases the production of stereotypies. The blockade of gene TNFα seems several cognitive alterations and increases the production of amyloid in APP mice at 15 months; but this combination allows to avoid the appearance of stereotyped behavior and in addition, the process of the cognitive decline slows down. Tg6074 mice (overexpressing TNF) increase deleterious effects on behavioural adaptive resources. Treatment with anti-TNF doesn't show changes in cognitive performances but seems to increase the production of amyloid and the stereotyped behaviour.

Millora de les competències cognitives en la edat escolar

L'estimulació cognitiva amb nens amb dificultats d'aprenentatge en l'etapa escolar resulta d'interés general i gran funcionalitat per a tots els mestres. Amb el Mètode Cambrodí es poden avaluar nens amb problemes de cognició i dissenyar posteriorment un programa psicopedagògic d'estimulació cognitiva i comunicativa.