Neurochemical regulation of auditory information processing studied with EEG/MEG: application to schizophrenia

Cognitive impairments of attention, memory and executive functions are a fundamental feature of the pathophysiology of schizophrenia. The neurophysiological and neurochemical changes in the auditory cortex are shown to underlie cognitive impairmentsin schizophrenia patients. Functional state of the neural substrate of auditory information processing could be objectively and non-invasively probed with auditory event-related potentials (ERPs) and event- related fields (ERFs). In the current work, we explored the neurochemical effect on the neural origins of auditory information processing in relation to schizophrenia. By means of ERPs/ERFs we aimed to determine how neural substrates of auditory information processing are modulated by antipsychotic medication in schizophrenia spectrum patients (Studies I, II) and by neuropharmacological challenges in healthy human subjects (Studies III, IV). First, with auditory ERPs we investigated the effects of olanzapine (Study I) and risperidone (Study II) in a group of patients with schizophrenia spectrum disorders. After 2 and 4 weeks of treatment, olanzapine has no significant effects on mismatch negativity(MMN) and P300, which, as it has been suggested, respectively reflect preattentive and attention-dependent information processing. After 2 weeks of treatment, risperidone has no significant effect on P300, however risperidone reduces P200 amplitude. This latter effect of risperidone on neural resources responsible for P200 generation could be partly explained through the action of dopamine. Subsequently, we used simultaneous EEG/MEG to investigate the effects of memantine (Study III) and methylphenidate (Study IV) in healthy subjects. We found that memantine modulates MMN response without changing other ERP components. This could be interpreted as being due to the possible influence of memantine through the NMDA receptors on auditory change- detection mechanism, with processing of auditory stimuli remaining otherwise unchanged. Further, we found that methylphenidate does not modulate the MMN response. This finding could indicate no association between catecholaminergic activities and electrophysiological measures of preattentive auditory discrimination processes reflected in the MMN. However, methylphenidate decreases the P200 amplitudes. This could be interpreted as a modulation of auditory information processing reflected in P200 by dopaminergic and noradrenergic systems. Taken together, our set of studies indicates a complex pattern of neurochemical influences produced by the antipsychotic drugs in the neural substrate of auditory information processing in patients with schizophrenia spectrum disorders and by the pharmacological challenges in healthy subjects studied with ERPs and ERFs.

Bromocriptina na lactação atenua os efeitos deletérios do desmame precoce

Como o desmame precoce (DP) não-farmacológico programa a prole para obesidade, microesteatose hepática e maior estresse oxidativo na vida adulta, e o DP farmacológico, inibindo a prolactina com um agonista dopaminérgico (bromocriptina), causa também obesidade neste trabalho objetivamos: (1) verificar o status redox e função hepática no modelo de programação pelo DP farmacológico. Como a bromocriptina tem efeitos protetores sobre a homeostase glicêmica em animais adultos, formulamos a hipótese de que poderia interferir na programação do DP não-farmacológico e para testá-la tivemos os seguintes objetivos: (2) avaliar uma possível interferência desta droga na programação através da sua aplicação nas proles submetidas ao DP não-farmacológico; (3) avaliar os efeitos a longo prazo deste tratamento neonatal frente a diferentes dietas. Métodos: Experimento 1: ratas lactantes foram divididas em 2 grupos: DP (BROMO) no qual as mães foram tratadas via i.p. com 1mg/dia de bromocriptina nos 3 últimos dias de lactação; Controle (C) cujas mães receberam tratamento semelhante com solução veículo. As proles foram avaliadas aos 90 e 180 dias de vida (P90 e P180) através de teste t-Student (significância de P<0,05). Experimento 2: realizamos novo protocolo onde lactantes foram dividas em 2 grupos: DP não-farmacológico (DP) cujas mães recebiam uma bandagem adesiva ao redor do corpo para impedir o acesso dos filhotes ao leite nos últimos 3 dias de lactação; Controle (C) cujos filhotes mamavam livremente. Em seguida as proles de ambos os grupos foram subdividas de acordo com o tratamento: proles que recebiam bromocriptina intraperitoneal (4mg/kg massa corporal/dia) nos últimos 3 dias de lactação (DP/BRO e C/BRO); proles que recebiam solução veículo (DP e C). Os grupos foram analisados em P120. Em P130 estas proles foram subdivididas de acordo com a dieta, compondo ao final 8 grupos experimentais (C; C/BRO; DP e DP/BRO - ração padrão e C-HF; C/BRO-HF; DP-HF e DP/BRO-HF - ração hiperlipídica - 45% Kcal de lipídeos) sendo acompanhados até P200. A análise estatística foi feita através de two-way ANOVA com pós-teste de Bonferroni, one-way ANOVA com pós-teste de Newman-Keuls e teste t-Student (entre os respectivos grupos com diferenciação dietética) (P<0,05). Experimento 1: verificamos que o DP promoveu maior adiposidade visceral e dislipidemia. Em P90, animais BROMO apresentaram intolerância a glicose, normoinsulinemia, superexpressão de sirtuína-1 (SIRT-1) no fígado, aumento da atividade da superóxido dismutase (SOD) no plasma e fígado e da glutationa peroxidase (GPx) hepática levando a uma redução de malondialdeído (MDA) somente no fígado. Já em P180 constatamos resistência insulínica, maior atividade de GPx plasmática e SOD e catalase no fígado promovendo redução de MDA em ambos os tecidos e prevenindo o surgimento da esteatose hepática no grupo BROMO, apesar do declínio da expressão de SIRT-1. Experimento 2: a bromocriptina intensifica a perda de peso dos filhotes ao final da lactação. Em P120 somente observamos uma intolerância a glicose no C/BRO (permanecendo ao longo do experimento) e uma hipertrofia de adipócitos no DP. Já em P200 evidenciamos no grupo DP, maior adiposidade, hiperleptinemia, hipertrofia de adipócitos, e aumento de triglicerídeo hepático. Estas alterações foram prevenidas nos grupos tratados com bromocriptina. Em contrapartida, a dieta HF promoveu uma descompensação metabólica e os efeitos benéficos da bromocriptina não foram tão evidentes. Confirmamos os efeitos deletérios do DP e verificamos o potencial terapêutico da bromocriptina, prevenindo o ganho de peso corporal, a adiposidade e a leptinemia podendo, portanto, colaborar com a prevenção de danos ao tecido hepático, desde que associado a um padrão dietético adequado.

空间及言语工作记忆任务的情绪效应：来自ERP/ fMRI的证据

In the present study, based on processing efficiency theory, we used the event-related potentials (ERP) and functional magnetic resonance image (fMRI) techniques to explore the underlying neutral mechanism of influences of negative emotion on three subsystems of working memory, phonological loop、 visuospatial sketh pad and the central executive. The modified DSMT (delayed matching-to-sample task) and n-back tasks were adopted and IAPS (International Affective Picture System) pictures were employed to induce the expected emotional state of subjects. The main results and conclusions obtained in the series of experiments are as the following: 1. In DSM tasks, we found P200 and P300 were reduced by negative emotion in both spatial and verbal tasks, however the increased negative slow wave were only observed in spatial tasks, not in verbal tasks. 2. In n-back tasks, the updating function of WM associated P300 was affected by negative emotion only in spatial tasks, not in verbal tasks. Current density analysis revealed strong current density in the fronto-parietal cortex only in the spatial tasks as well. 3. We adopted fMRI-block design and ROIs analysis, and found significant emotion and task effects in spatial WM-associated right superior parietal cortex; only emotion effect in verbal WM-associated Broca’s area; the interaction effect in attention-associated medial prefrontal area and bilateral inferior parietal cortex. These results implied the negative emotion mainly disturbed the spatial WM-related areas, and the attention control system play a key role in the interaction of spatial WM and negative emotion. 4. to further examine the effects of positive、negative and neutral emotion on tasks with different cognitive loads, the selective effect of emotion on the ERP components of spatial WM was only found in 2-back tasks, not in visual searching tasks. So, firstly the positive emotion as well as negative emotion selectively disturbed on spatial WM in light of the attention resource competition mechanism. Secondly, the selective influences based on the different WM systems, not the properties of spatial and verbal information. At last, the manner of the interaction of emotion and cognition is correlated with the cognitive load.

Isolation of Rhodococcus rhodochrous NCIMB13064 derivatives with new biodegradative abilities

Rhodococcus rhodochrous NCIMB13064 can dehalogenate and utilise a number of halogenated aliphatic compounds as sole carbon and energy source. Mutants of NCIMB13064 can be easily isolated with an enlarged range of 1-chloroalkane utilising ability. Dehalogenation of 1-chlorononane, 1-chlorodecane and short-chain 1-chloroalkanes (C-3-C-8) is encoded by the same plasmid pRTL1. However, a different genetic element(s) is required for the dehalogenation of 3-chloropropionic acid. Two derivatives (P200 and P400) of R. rhodochrous NCIMB13064 were isolated which had acquired the ability to utilise naphthalene as sole carbon and energy source. Both strains lost the ability to utilise short-chain 1-chloroalkanes and underwent some rearrangements associated with pRTL1 plasmid.

Modulation différentielle par la privation de sommeil des processus attentionnels frontaux et pariétaux: une étude de potentiels évoqués cognitifs

L’objectif de la présente étude visait à évaluer les effets différentiels de la privation de sommeil (PS) sur le fonctionnement cognitif sous-tendu par les substrats cérébraux distincts, impliqués dans le réseau fronto-pariétal attentionnel, lors de l’administration d’une tâche simple et de courte durée. Les potentiels évoqués cognitifs, avec sites d’enregistrement multiples, ont été prévilégiés afin d’apprécier les effets de la PS sur l’activité cognitive rapide et ses corrélats topographiques. Le matin suivant une PS totale d’une durée de 24 heures et suivant une nuit de sommeil normale, vingt participants ont exécuté une tâche oddball visuelle à 3 stimuli. L’amplitude et la latence ont été analysées pour la P200 et la N200 à titre d’indices frontaux, tandis que la P300 a été analysée, à titre de composante à contribution à la fois frontale et pariétale. Suite à la PS, une augmentation non spécifique de l’amplitude de la P200 frontale à l’hémisphère gauche, ainsi qu’une perte de latéralisation spécifique à la présentation des stimuli cibles, ont été observées. À l’opposé, l’amplitude de la P300 était réduite de façon prédominante dans la région pariétale pour les stimuli cibles. Enfin, un délai de latence non spécifique pour la N200 et la P300, ainsi qu’une atteinte de la performance (temps de réaction ralentis et nombre d’erreurs plus élevé) ont également été objectivées. Les résultats confirment qu’une PS de durée modérée entraîne une altération des processus attentionnels pouvant être objectivée à la fois par les mesures comportementales et électrophysiologiques. Ces modifications sont présentes à toutes les étapes de traitement, tel que démontré par les effets touchant la P200, la N200 et la P300. Qui plus est, la PS affecte différemment les composantes à prédominance frontale et pariétale.

La plasticité cérébrale dans le vieillissement normal : effet de l’éducation formelle et de l’entraînement cognitif sur les mesures de potentiels évoqués

Le vieillissement normal est souvent associé à des changements cognitifs négatifs, notamment sur les performances cognitives. Cependant, des changements comportementaux et cérébraux positifs ont aussi été observés. Ces modifications indiquent l’existence d’une plasticité cérébrale dans le vieillissement normal. Ainsi, plusieurs facteurs ont été étudiés afin de mieux connaitre les modulateurs de cette plasticité dite positive. La plupart des études évaluant ce phénomène ont utilisé la technique d’imagerie par résonance magnétique alors que la technique des potentiels évoqués a été beaucoup moins utilisée. Cette technique est basée sur les enregistrements de l’activité électrique cérébrale très sensible aux changements anatomiques associés au vieillissement et permet donc d’observer de manière précise les variations du décours temporel des ondes éléctrophysiologiques lors du traitement des informations. Les travaux de cette thèse visent à étudier les modifications de plasticité cérébrale induites par des facteurs protecteurs/préventifs du vieillissement normal et notamment lors de la réalisation de tâches impliquant le contrôle attentionnel, grâce à l’analyse de signaux électroencéphalographiques en potentiels évoqués. Dans un premier temps, une description de l’analyse des données EEG en potentiels évoqués sera fournie, suivie d’une revue de littérature sur le contrôle attentionnel et les facteurs de plasticité dans le vieillissement normal (Chapitre 1). Cette revue de littérature mettra en avant, d’une part la diminution des capacités de contrôle de l’attention dans le vieillissement et d’autre part, les facteurs protecteurs du vieillissement ainsi que la plasticité cérébrale qui leur est associée. Ces facteurs sont connus pour avoir un effet positif sur le déficit lié à l’âge. La première étude de ce projet (Chapitre 2) vise à définir l’effet d’un facteur de réserve cognitive, le niveau d’éducation, sur les composantes des potentiels évoqués chez les personnes âgées. Cette étude mettra en avant une composante des potentiels évoqués, la P200, comme indice de plasticité lorsqu’elle est liée au niveau d’éducation. Cet effet sera observé sur deux tâches expérimentales faisant intervenir des processus de contrôle attentionnel. De plus, une différence d’épaisseur corticale sera observée : les personnes âgées ayant un plus haut niveau d’éducation ont un cortex cingulaire antérieur plus épais. La deuxième étude (Chapitre 3) cherche à déterminer, chez les personnes âgées, les modifications comportementales et en potentiels évoqués induites par trois entraînements cognitifs, entrainements visant l’amélioration de processus attentionnels différents : l’attention focalisée, l’attention divisée, ainsi que la modulation de l’attention. Au niveau comportemental, les entraînements induisent tous une amélioration des performances. Cependant, l’entraînement en modulation de l’attention est le seul à induire une amélioration du contrôle attentionnel. Les résultats éléctrophysiologiques indiquent la N200 comme composante sensible à la plasticité cérébrale à la suite d’entraînements cognitifs. L’entraînement en modulation de l’attention est le seul à induire une modification de cette composante dans toutes les conditions des tests. Les résultats de ces études suggèrent que les facteurs protecteurs du vieillissement permettent des changements positifs observés en potentiels évoqués. En effet, nous mettons en évidence des phénomènes de plasticité cérébrale des personnes âgées qui diffèrent selon leurs origines. L’impact de ces résultats ainsi que les limites et perspectives futures seront présentés en fin de thèse (Chapitre 4).

Électrophysiologie cognitive et motrice du syndrome Gilles de la Tourette

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Activité électrocorticale lors du traitement de stimuli émotionnels et différences sexuelles associées à la schizophrénie

D’importantes faiblesses dans l'expérience, l'expression et la reconnaissance des émotions chez les patients souffrant de schizophrénie ont été relativement bien documentées au fil des années. Par ailleurs, les différences sexuelles dans le comportement et l'activité cérébrale associée aux processus émotionnels ont été rapportées dans la population générale. Il apparaît donc surprenant que si peu ait été publié afin d’améliorer notre compréhension des différences sexuelles dans la schizophrénie. La présente étude vise à comparer les différences dans le mode de fonctionnement d’hommes et de femmes atteints de schizophrénie. Il s’agit, avec cette population, de comprendre la réponse comportementale et électrocorticale associés au traitement des images émotionnelles. Ces données ont été enregistrées à l’aide des potentiels évoqués cognitifs (PÉC), et des temps de réponses lors du visionnement passif d’images émotionnelles. L’activation des composantes P200, N200 antérieure et P300 a été comparée chez 18 patients avec une schizophrénie stabilisée (9 femmes et 9 hommes) et 24 participants formant un groupe contrôle (13 femmes et 11 hommes) sans problème psychiatrique. L’analyse des PÉC a globalement révélé que la valence et l’activation émotionnelle influencent les composantes précoces de même que les composantes tardives de façon indépendante, ce qui prouve l’importance d’investiguer ces deux dimensions émotionnelles sur plusieurs composantes. Une découverte d’intérêt réside dans l’observation de différences sexuelles qui entrent en interaction avec le groupe, à différentes latences et attribuées tant à la valence qu’à l’activation. De plus, les données provenant des hormones gonadiques montrent que la progestérone pourrait avoir un impact fonctionnel sur les processus de traitement des émotions tant chez les femmes que chez les hommes. Cependant, d’autres études sont nécessaires pour pouvoir comprendre davantage le rôle des hormones gonadiques en neuropsychopathologie.

Comparaison des potentiels évoqués cognitifs de patients présentant des tics chroniques simples ou complexes

Les tics affectent 1% des individus et sont associés avec une diminution de la qualité de vie. L’importante hétérogénéité phénoménologique retrouvée chez ceux-ci représente un obstacle majeur pour l’évaluation et le traitement de ces symptômes, et explique potentiellement la présence de données neurobiologiques contradictoires. Certaines variables rarement contrôlées, comme la complexité des tics et la demande motrice des tâches pourraient expliquer l’hétérogénéité de ces résultats. Une meilleure compréhension des processus cognitifs affectés pourrait être atteinte par l’étude de la chronométrie des événements cérébraux. Ainsi, notre objectif était d’évaluer l’impact de la complexité des tics et du type de réponse sur les potentiels électrocorticaux liés à l’inhibition, à l’attention et à la mémoire de patients tics. Nous avons comparé 12 patients présentant des tics simples avec 12 patients atteints de tics complexes, qui furent appariés à 15 participants contrôles sains. Deux tâches oddball furent accomplies, dont l’une exigeait une réponse motrice et l’autre une réponse non-motrice (compter le nombre de stimuli). Durant ces tâches, nous avons enregistré des composantes électrocorticales indexant des processus d’attention (P200), d’inhibition (N200) et de mémoire (P300). Pour la tâche non-motrice, nos résultats révélèrent une N200 plus ample chez les deux groupes de patients tics et une P300 réduite seulement chez ceux avec des tics simples. Quant à la tâche motrice, les deux groupes de patients tics présentaient une P300 réduite. Selon nos résultats, la complexité des tics et la demande motrice des tâches peuvent affecter les mécanismes neuronaux sous-tendant les différentes étapes du traitement de l’information.

Immediate auditory repetition of words and nonwords: An ERP study of lexical and sublexical processing

ERPs were elicited to (1) words, (2) pseudowords derived from these words, and (3) nonwords with no lexical neighbors, in a task involving listening to immediately repeated auditory stimuli. There was a significant early (P200) effect of phonotactic probability in the first auditory presentation, which discriminated words and pseudowords from nonwords; and a significant somewhat later (N400) effect of lexicality, which discriminated words from pseudowords and nonwords. There was no reliable effect of lexicality in the ERPs to the second auditory presentation. We conclude that early sublexical phonological processing differed according to phonotactic probability of the stimuli, and that lexically-based redintegration occurred for words but did not occur for pseudowords or nonwords. Thus, in online word recognition and immediate retrieval, phonological and/or sublexical processing plays a more important role than lexical level redintegration.

Associação entre o potencial evocado auditivo de longa latência e os índices lineares da variabilidade da frequência cardíaca em repouso

Pós-graduação em Fonoaudiologia - FFC

Neurophysiological correlates of delinquent behaviour in adult subjects with ADHD

The attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD) shows an increased prevalence in arrested offenders compared to the normal population. The aim of the present study was to investigate whether ADHD symptoms are a major risk factor for criminal behaviour, or whether further deficits, mainly abnormalities in emotion-processing, have to be considered as important additional factors that promote delinquency in the presence of ADHD symptomatology. Event related potentials (ERPs) of 13 non-delinquent and 13 delinquent subjects with ADHD and 13 controls were compared using a modified visual Go/Nogo continuous performance task (VCPT) and a newly developed version of the visual CPT that additionally requires emotional evaluation (ECPT). ERPs were analyzed regarding their topographies and Global Field Power (GFP). Offenders with ADHD differed from non-delinquent subjects with ADHD in the ERPs representing higher-order visual processing of objects and faces (N170) and facial affect (P200), and in late monitoring and evaluative functions (LPC) of behavioural response inhibition. Concerning neural activity thought to reflect the allocation of neural resources and cognitive processing capability (P300 Go), response inhibition (P300 Nogo), and attention/expectancy (CNV), deviances were observable in both ADHD groups and may thus be attributed to ADHD rather than to delinquency. In conclusion, ADHD symptomatology may be a risk factor for delinquency, since some neural information processing deficits found in ADHD seemed to be even more pronounced in offenders with ADHD. However, our results suggest additional risk factors consisting of deviant higher-order visual processing, especially of facial affect, as well as abnormalities in monitoring and evaluative functions of response inhibition.

Seismic Data from MSM21/4 to Knipovich Ridge on the western Svalbard margin

The seismic data were acquired north of the Knipovich Ridge on the western Svalbard margin during cruise MSM21/4. They were recorded using a Geometrics GeoEel streamer of either 120 channels (profiles p100-p208) or 88 channels (profiles p300-p805) with a group spacing of 1.56 m and a sampling rate of 2 kHz. A GI-Gun (2×1.7 l) with a main frequency of ~150 Hz was used as a source and operated at a shot interval of 6-8 s. Processing of profiles p100-p208 and p600-p805: Positions for each channel were calculated by backtracking along the profiles from the GI-Gun GPS positions. The shot gathers were analyzed for abnormal amplitudes below the seafloor reflection by comparing neighboring traces in different frequency bands within sliding time windows. To suppress surface-generated water noise, a tau-p filter was applied in the shot gather domain. Common mid-point (CMP) profiles were then generated through crooked-line binning with a CMP spacing of 1.5625 m. A zero-phase band-pass filter with corner frequencies of 60 Hz and 360 Hz was applied to the data. Based on regional velocity information from MCS data [Sarkar, 2012], an interpolated and extrapolated 3D interval velocity model was created below the digitized seafloor reflection of the high-resolution streamer data. This velocity model was used to apply a CMP stack and an amplitude-preserving Kirchhoff post-stack time migration. Processing of profiles p400-p500: Data were sampled at 0.5 ms and sorted into common midpoint (CMP) domain with a bin spacing of 5 m. Normal move out correction was carried out with a velocity of 1500 m s-1 and an Ormsby bandpass filter with corner frequencies at 40, 80, 600 and 1000 Hz was applied. The data were time migrated using the water velocity.