Développement et fonctionnement des mécanismes de résonance motrice chez l'humain

La découverte dans le cerveau du singe macaque de cellules visuo-motrices qui répondent de façon identique à la production et la perception d’actes moteurs soutient l’idée que ces cellules, connues sous le nom de neurones-miroirs, encoderaient la représentation d’actes moteurs. Ces neurones, et le système qu’ils forment, constitueraient un système de compréhension moteur; par delà la simple représentation motrice, il est également possible que ce système participe à des processus de haut niveau en lien avec la cognition sociale. Chez l’humain adulte, des études d’imagerie récentes montrent d’importants chevauchements entre les patrons d’activité liés à l’exécution d’actes moteurs et ceux associés à la perception d’actions. Cependant, malgré le nombre important d’études sur ce système de résonance motrice, étonnamment peu se sont penchées sur les aspects développementaux de ce mécanisme, de même que sa relation avec certaines habiletés sociales dans la population neurotypique. De plus, malgré l’utilisation répandue de certaines techniques neurophysiologiques pour quantifier l’activité de ce système, notamment l’électroencéphalographie et la stimulation magnétique transcrânienne, on ignore en grande partie la spécificité et la convergence de ces mesures dans l’étude des processus de résonance motrice. Les études rassemblées ici visent à combler ces lacunes, c'est-à-dire (1) définir l’existence et les propriétés fonctionnelles du système de résonance motrice chez l’enfant humain, (2) établir le lien entre ce système et certaines habiletés sociales spécifiques et (3) déterminer la validité des outils d’investigation couramment utilisés pour mesurer son activité. Dans l’article 1, l’électroencéphalographie quantitative est utilisée afin de mesurer l’activité des régions sensorimotrices chez un groupe d’enfants d’âge scolaire durant la perception d’actions de la main. On y démontre une modulation de l’activité du rythme mu aux sites centraux non seulement lors de l’exécution de tâches motrices, mais également lors de l’observation passive d’actions. Ces résultats soutiennent l’hypothèse de l’existence d’un système de résonance motrice sensible aux représentations visuelles d’actes moteurs dans le cerveau immature. L’article 2 constitue une étude de cas réalisée chez une jeune fille de 12 ans opérée pour épilepsie réfractaire aux médicaments. L’électroencéphalographie intracrânienne est utilisée afin d’évaluer le recrutement du cortex moteur lors de la perception de sons d’actions. On y montre une modulation de l’activité du cortex moteur, visible dans deux périodes distinctes, qui se reflètent par une diminution de la puissance spectrale des fréquences beta et alpha. Ces résultats soutiennent l’hypothèse de l’existence d’un système de résonance motrice sensible aux représentations auditives d’actions chez l’enfant. L’article 3 constitue une recension des écrits portant sur les données comportementales et neurophysiologiques qui suggèrent la présence d’un système de compréhension d’action fonctionnel dès la naissance. On y propose un modèle théorique où les comportements d’imitation néonataux sont vus comme la résultante de mécanismes d’appariement moteurs non inhibés. Afin de mesurer adéquatement la présence de traits empathiques et autistique dans le but de les mettre en relation avec l’activité du système de résonance motrice, l’article 4 consiste en une validation de versions françaises des échelles Empathy Quotient (Baron-Cohen & Wheelwright, 2004) et Autism Spectrum Quotient (Baron-Cohen et al., 2001) qui seront utilisées dans l’article 5. Les versions traduites de ces échelles ont été administrées à 100 individus sains et 23 personnes avec un trouble du spectre autistique. Les résultats répliquent fidèlement ceux obtenus avec les questionnaires en version anglaise, ce qui suggère la validité des versions françaises. Dans l’article 5, on utilise la stimulation magnétique transcrânienne afin d’investiguer le décours temporel de l’activité du cortex moteur durant la perception d’action et le lien de cette activité avec la présence de traits autistiques et empathiques chez des individus normaux. On y montre que le cortex moteur est rapidement activé suivant la perception d’un mouvement moteur, et que cette activité est corrélée avec les mesures sociocognitives utilisées. Ces résultats suggèrent l’existence d’un système d’appariement moteur rapide dans le cerveau humain dont l’activité est associée aux aptitudes sociales. L’article 6 porte sur la spécificité des outils d’investigation neurophysiologique utilisés dans les études précédentes : la stimulation magnétique transcrânienne et l’électroencéphalographie quantitative. En utilisant ces deux techniques simultanément lors d’observation, d’imagination et d’exécution d’actions, on montre qu’elles évaluent possiblement des processus distincts au sein du système de résonance motrice. En résumé, cette thèse vise à documenter l’existence d’un système de résonance motrice chez l’enfant, d’établir le lien entre son fonctionnement et certaines aptitudes sociales et d’évaluer la validité et la spécificité des outils utilisés pour mesurer l’activité au sein de ce système. Bien que des recherches subséquentes s’avèrent nécessaires afin de compléter le travail entamé ici, les études présentées constituent une avancée significative dans la compréhension du développement et du fonctionnement du système de résonance motrice, et pourraient éventuellement contribuer à l’élaboration d’outils diagnostiques et/ou de thérapeutiques chez des populations où des anomalies de ce système ont été répertoriées.

Les effets de la similarité physique dans l’observation d’actions : études comportementales et neurophysiologiques

Il a été suggéré que la similarité physique entre un observateur et une action observée facilite la perception et la compréhension d’action. Par exemple, l’observation d’un acteur exécutant des gestes de la main ayant une signification culturelle est associée à une augmentation de l’excitabilité corticospinale lorsque les deux individus sont de la même ethnicité (Molnar-Szakacs et al., 2007). La perception tactile serait également facilitée lorsqu’un individu regarde un modèle de sa propre race être touché (Serino et al., 2009), tandis que des études en imagerie cérébrale fonctionnelle suggèrent la présence d’activations plus importantes dans le cortex cingulaire lorsqu’un sujet observe une personne de son propre groupe racial ressentir de la douleur (Xu et al., 2009). Certaines études ont lié ces résultats à un mécanisme de résonance motrice, possiblement associé au système des neurones miroirs (SNM), suggérant que la représentation de l’action dans les aires motrices est facilitée par la similarité physique. Toutefois, la grande majorité des stimuli utilisés dans ces études comportent une composante émotionnelle ou culturelle pouvant masquer les effets purement moteurs liant la similarité physique à un mécanisme de résonance motrice. De plus, la sélectivité de l’activation du SNM face à des stimuli biologiques a récemment été remise en question en raison de biais méthodologiques. La présente thèse présente trois études visant à évaluer l’effet de la similarité physique et des caractéristiques biologiques d’un mouvement sur la résonance motrice à l’aide de mesures comportementales et neurophysiologiques. À cet effet, l’imitation automatique de mouvements de la main, l’excitabilité corticospinale et la désynchronisation du rythme électroencéphalographique mu ont servi de marqueurs de l’activité du SNM. Dans les trois études présentées, la couleur de la peau et l’aspect biologique du stimulus observé ou imité ont été systématiquement manipulés. Nos données confirment la sélectivité du SNM pour le mouvement biologique en démontrant une réponse imitative plus rapide et une désynchronisation du rythme mu plus prononcée lors de la présentation de stimuli biologiques comparativement à des stimuli non-biologiques répliquant les aspects physiques du mouvement humain. Les deux mêmes mesures montrent une réponse neurophysiologique et comportementale équivalente lorsque l’action est exécutée par un agent de couleur similaire ou dissimilaire au participant. Nous rapportons aussi un effet surprenant de la similarité physique sur l’excitabilité corticospinale, où l’observation d’une action exécutée par un agent de couleur différente est associée à une activation plus grande du cortex moteur primaire droit de participants de sexe féminin. Prises dans leur ensemble, ces données suggèrent que la similarité physique avec une action observée ne module généralement pas l’activité du SNM au niveau des aires sensorimotrices en l’absence de composantes culturelles et émotionnelles. De plus, les résultats présentés suggèrent que le SNM est sélectif au mouvement biologique plutôt qu’à l’aspect kinématique du mouvement.

La représentation auditive motrice reflétée par la négativité de discordance chez l’enfant présentant un trouble du spectre de l’autisme

Il est maintenant bien établi que le cerveau humain est doté d’un système de neurones qui s’active tant à la perception qu’à l’exécution d’une action. Les neurones miroirs, ainsi que le système qu’ils forment avec des structures adjacentes appelées système neurones miroirs (SNM), ont été relié à la compréhension d’action et pourrait être impliqué dans les fonctions sociales de haut niveau tel que l’empathie et l’imitation. Dans la foulée spéculative reliant le SNM à la sphère sociale, le dysfonctionnement de ce système a rapidement gagné intérêt dans la genèse des anomalies du domaine social chez les personnes présentant le Trouble du spectre de l’autisme (TSA). Néanmoins, l’hypothèse voulant que le dysfonctionnement social des TSA repose sur une atteinte du SNM est controversée. En effet, les études soutenant cette hypothèse nécessitent des fonctions cognitives et sociales qui peuvent contribuer à l’obtention de résultats atypiques, telles que la compréhension des consignes, l’attention sur des stimuli sociaux ou la réalisation d’acte moteur. Récemment, un protocole auditif de négativité de discordance (MMN) utilisant des stimuli reliés à l’action humaine a été utilisé pour mesurer l’activité du SNM. Cette technique semble prometteuse dans la mesure où elle ne nécessite pas de capacités attentionnelles ou langagières, elle est brève et demande un montage minimal d’électrodes. Le premier article avait comme objectif principal de mesurer la validité de convergence du protocole MMN relié à l’action avec celui du rythme mu, le protocole le plus utilisé pour enregistrer l’activité miroir à l’aide de l’électroencéphalographie (EEG). Les modes de stimulation ont été délivrées en bloc successif à un groupe de 12 adultes en santé. Alors que les deux techniques ont modulé efficacement les régions fronto-centrales et centrales respectivement, mais ne sont pas corrélées, nous avons conclu qu’il est possible 2 qu’elles mesurent des aspects différents du SNM. Le deuxième article avait comme objectif principal de mesurer l’activité du SNM à l’aide du protocole MMN relié à l’action chez 10 enfants présentant un TSA ainsi que chez 12 enfants neurotypiques dans la même tranche d’âge (5-7ans). Chez les enfants TSA, nous avons montré un patron de latence inversée, comparativement aux enfants du groupe contrôle; ils traitaient plus rapidement les sons contrôles que les sons reliés à l’action humaine, alors que la tendance inverse était observée chez les contrôles. De plus, bien que les deux groupes différaient quant aux sons d’action, ils ne différaient pas quant aux sons contrôles. Quant à l’amplitude, les enfants TSA se distinguaient du groupe contrôle par une amplitude restreinte du son d’action provenant de la bouche. Par ailleurs, les mesures neurophysiologiques et neuropsychologiques n’étaient pas corrélées. En sommes, basé sur la prémisse que ce protocole MMN pourrait mesurer l’activité du SNM, cette thèse a comme but d’améliorer les connaissances quant à son utilisation chez l’adulte et l’enfant neurotypique ainsi que chez l’enfant TSA. Celui-ci pourrait ultimement être utilisé comme un biomarqueur potentiel du TSA.

The close circumstellar environment of Betelgeuse II. Diffraction-limited spectro-imaging from 7.76 to 19.50 mu m with VLT/VISIR

Context. Mass-loss occurring in red supergiants (RSGs) is a major contributor to the enrichment of the interstellar medium in dust and molecules. The physical mechanism of this mass loss is however relatively poorly known. Betelgeuse is the nearest RSG, and as such a prime object for high angular resolution observations of its surface (by interferometry) and close circumstellar environment. Aims. The goal of our program is to understand how the material expelled from Betelgeuse is transported from its surface to the interstellar medium, and how it evolves chemically in this process. Methods. We obtained diffraction-limited images of Betelgeuse and a calibrator (Aldebaran) in six filters in the N band (7.76 to 12.81 mu m) and two filters in the Q band (17.65 and 19.50 mu m), using the VLT/VISIR instrument. Results. Our images show a bright, extended and complex circumstellar envelope at all wavelengths. It is particularly prominent longwards of approximate to 9-10 mu m, pointing at the presence of O-rich dust, such as silicates or alumina. A partial circular shell is observed between 0.5 and 1.0 '' from the star, and could correspond to the inner radius of the dust envelope. Several knots and filamentary structures are identified in the nebula. One of the knots, located at a distance of 0.9 '' west of the star, is particularly bright and compact. Conclusions. The circumstellar envelope around Betelgeuse extends at least up to several tens of stellar radii. Its relatively high degree of clumpiness indicates an inhomogeneous spatial distribution of the material lost by the star. Its extension corresponds to an important intermediate scale, where most of the dust is probably formed, between the hot and compact gaseous envelope observed previously in the near infrared and the interstellar medium.

Dispersive analysis of KL mu 3 and KLe3 scalar and vector form factors using KTeV data

Using the published KTeV samples of K(L) -> pi(+/-)e(-/+)nu and K(L) -> pi(+/-)mu(-/+)nu decays, we perform a reanalysis of the scalar and vector form factors based on the dispersive parametrization. We obtain phase-space integrals I(K)(e) = 0.15446 +/- 0.00025 and I(K)(mu) = 0.10219 +/- 0.00025. For the scalar form factor parametrization, the only free parameter is the normalized form factor value at the Callan-Treiman point (C); our best-fit results in InC = 0.1915 +/- 0.0122. We also study the sensitivity of C to different parametrizations of the vector form factor. The results for the phase-space integrals and C are then used to make tests of the standard model. Finally, we compare our results with lattice QCD calculations of F(K)/F(pi) and f(+)(0).

Thermal lens and heat generation of Nd : YAG lasers operating at 1.064 and 1.34 mu m

We report on a simple and accurate method for determination of thermo-optical and spectroscopic parameters (thermal diffusivity, temperature coefficient of the optical path length change, pump and fluorescence quantum efficiencies, thermal loading, thermal lens focal length, etc) of relevance in the thermal lensing of end-pumped neodymium lasers operating at 1.06- and 1.3-mu m channels. The comparison between thermal lensing observed in presence and absence of laser oscillation has been used to elucidate and evaluate the contribution of quantum efficiency and excited sate absorption processes to the thermal loading of Nd: YAG lasers. (c) 2008 Optical Society of America.

Contrasting photoelectrochemical behaviour of two isomeric supramolecular dyes based on meso-tetra(pyridyl)porphyrin incorporating four (mu(3)-oxo)- triruthenium(III) clusters

A saddle shaped tetracluster porphyrin species containing four [Ru(3)O(OAc)(6)(py)(2)](+) clusters coordinated to the N-pyridyl atoms of 5,10,15,20-tetra(3-pyridyl)porphyrin, H(2)(3-TCPyP), has been investigated in comparison with the planar tetra(4-pyridyl) porphyrin analogue H(2)(4-TCPyP). The steric effects from the bulky peripheral complexes play a critical role in the H(2)(3-TCPyP) species, determining a non-planar configuration around the porphyrin centre and precluding any significant pi-electronic coupling, in contrast with the less hindered H(2)(4-TCPyP) species. Both systems exhibit a photoelectrochemical response in the presence of nanocrystalline TiO(2) films, involving the porphyrin excitation around 450 nm. However, only in the H(2)(4-TCPyP) case do the cluster moieties also contribute to the photoinduced electron injection process at 670 nm, reflecting the relevance of the electronic coupling between the porphyrin centre and the peripheral complexes.

The first structurally characterized discrete dinuclear mu-cyano hexacyanoferrate complex

Mixed valence complexes containing ferro- and ferricyanide have been known for almost 300 years, but no dinuclear, non-polymeric examples of these complexes have been structurally characterized. Here we report the first such example, comprising ferrocyanide coordinated to a pentaaminecobalt(III) complex. This Fe-II-Co-III complex may be reversibly oxidized to the Fe-III-Co-III analogue.

Further results on the relationship between mu-invariant measures and quasi-stationary distributions for absorbing continuous-time Markov chains

This note considers continuous-time Markov chains whose state space consists of an irreducible class, C, and an absorbing state which is accessible from C. The purpose is to provide results on mu-invariant and mu-subinvariant measures where absorption occurs with probability less than one. In particular, the well-known premise that the mu-invariant measure, m, for the transition rates be finite is replaced by the more natural premise that m be finite with respect to the absorption probabilities. The relationship between mu-invariant measures and quasi-stationary distributions is discussed. (C) 2000 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

The unconditioned fear produced by morphine withdrawal is regulated by mu- and kappa-opioid receptors in the midbrain tectum

We have recently shown that morphine withdrawal sensitizes the neural substrates of fear in the midbrain tectum structures-the dorsal periaqueductal gray (dPAG) and inferior colliculus (IC). In the present study, we investigated the role of mu- and kappa-opioid receptors in the mediation of these effects. Periadolescent rats chronically treated with morphine (10 mg/kg; s.c.) twice daily for 10 days were implanted with an electrode glued to a guide-cannula into the dPAG or the IC. Forty-eight hours after the interruption of this treatment, the effects of intra-dPAG or intra-IC microinjections of [D-Ala(2) N-Me-Phe(4) Gly(5)-ol]-enkephalin (DAMGO; 0.6 and 1 nmol/0.2 mu l) - a selective mu-receptor agonist - or nor-binaltorphimine (BNI; 2.5 and 5 mu g/0.2 mu l) - a selective K-receptor antagonist with tardive action - on the freezing and escape thresholds determined by electrical stimulation of the dPAG and the IC were examined. For both structures, morphine withdrawal produced pro-aversive effects. DAMGO and BNI had antiaversive effects when injected into the dPAG and IC of non-dependent rats. In morphine-withdrawn rats, only BNI continued to promote antiaversive effects in both structures. Whereas DAMGO lost its antiaversive efficacy when injected into the dPAG, only its highest dose promoted antiaversive effects in the IC of morphine-withdrawn rats, suggesting the development of an apparent tolerance. Thus, the enhanced reactivity of the midbrain tectum in morphine-withdrawn periadolescent rats may be due, at least partially, to an impairment of the inhibitory influence of mechanisms mediated by mu-receptors on the neural substrates of fear in this region. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Plasticity of Opioid Receptors in the Female Periaqueductal Gray: Multiparity-Induced Increase in the Activity of Genes Encoding for Mu and Kappa Receptors and a Post-Translational Decrease in Delta Receptor Expression

The periaqueductal gray (PAG) has been reported as a potential site for opioid regulation of behavioral selection. Opioid-mediated behavioral and physiological responses differ between nulliparous and multiparous females. This study addresses the effects of multiple reproductive experiences on mu-, kappa- and delta-opioid receptor (Oprm1, Oprk1, and Oprd1 respectively) gene activity and mu, kappa and delta protein expression (MOR, KOR and DOR respectively) in the PAG of the female rats. This was done by evaluating the opioid gene expression using real-time (RT-PCR) and quantification of each protein receptor by Western blot analysis. The RT-PCR results show that multiple reproductive experiences increase Oprm1 and Oprk1 gene expression. Western blot analysis revealed increased MOR and KOR while DOR protein was decreased in multiparous animals. Taken together, these data suggest that multiple reproductive experiences influence both gene activity and opioid receptor expression in the PAG. Post-translational mechanisms seem particularly relevant for DOR expression. Thus, opioid transmission in the PAG might be modulated by different mechanisms of multiparity-induced plasticity according to the opioid receptor type.

Dentine caries inhibition through CO(2) laser (10.6 mu m) irradiation and fluoride application, in vitro

Objective: The purpose of the study was to investigate whether dentine irradiation with a pulsed CO(2) laser (10.6 mu m) emitting pulses of 10 ms is capable of reducing dentine calcium and phosphorus losses in an artificial caries model. Design: The 90 dentine slabs obtained from bovine teeth were randomly divided into six groups (n = 15): negative control group (GC); positive control group, treated with fluoride 1.23% (GF); and laser groups irradiated with 8 J/cm(2) (L8); irradiated as in L8 + fluoride 1.23% (L8F); irradiated with 11j/cm(2) (L11); irradiated as in L11 + fluoride 1.23% (L11F). After laser irradiation the samples were submitted to a pH-cycling model for 9 days. The calcium and phosphorous contents in the de- and remineralization solutions were measured by means of inductively coupled plasma optical emission spectrometer - ICP-OES. Additionally intra-pulpal temperature measurements were performed. The obtained data were analysed by means of ANOVA and Tukey`s test (alpha = 0.05). Results: In the demineralization solutions the groups L11F and GF presented significantly lower means of calcium and phosphorous losses than the control group; and in L11F means were significantly lower than in the fluoride group. Both irradiation parameters tested caused intrapulpal temperature increase below 2 degrees C. Conclusion: It can be concluded that under the conditions of this study, CO(2) laser irradiation (10.6 mu m) with 11J/cm(2) (540 mJ and 10 Hz) of fluoride treated dentine surfaces decreases the loss of calcium and phosphorous in the demineralization process and does not cause excessive temperature increase inside the pulp chamber. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Caries Resistance of Lased Human Root Surface with 10.6 mu m CO(2) Laser-Thermal, Morphological, and Microhardness Analysis

Although the cariostatic effects of CO(2) laser on enamel have been shown, its effects on root surface demineralization remains uncertain. The objectives of this in vitro research was to establish safe parameters for a pulsed 10.6 mu m CO(2) laser and to evaluate its effect on morphological features of the root surface, as well as on the reduction of root demineralization. Ninety-five human root surfaces were randomly divided into five groups: G1-No treatment (control); G2-2.5 J/cm(2); G3-4.0 J/cm(2); G4-5.0 J/cm(2); and G5-6.0 J/cm(2). Intrapulpal temperature was evaluated during root surface irradiation by a thermocouple and morphological changes were evaluated by SEM. After the surface treatment, the specimens were submitted to a 7-day pH-cycling model. Subsequently, the cross-sectional Knoop microhardness values were measured. For all irradiated groups, intrapulpal temperature changes were less than 1.5 degrees C. Scanning electron microscopy images indicated that fluences as low as 4.0 J/cm(2) were sufficient to induce morphological changes in the root surface. Additionally, for fluences reaching or exceeding 4.0 J/cm(2), laser-induced inhibitory effects on root surface demineralization were observed. It was concluded that laser energy density in the range of 4.0 to 6.0 J/cm(2) could be applied to a dental root to reduce demineralization of this surface without compromising pulp vitality.

CO(2) Laser (10.6 mu m) Parameters for Caries Prevention in Dental Enamel

Although CO(2) laser irradiation can decrease enamel demineralisation, it has still not been clarified which laser wavelength and which irradiation conditions represent the optimum parameters for application as preventive treatment. The aim of the present explorative study was to find low-fluence CO(2) laser (lambda = 10.6 mu m) parameters resulting in a maximum caries-preventive effect with the least thermal damage. Different laser parameters were systematically evaluated in 3 steps. In the first experiment, 5 fluences of 0.1, 0.3, 0.4, 0.5 and 0.6 J/cm(2), combined with high repetition rates and 10 mu s pulse duration, were chosen for the experiments. In a second experiment, the influence of different pulse durations (5, 10, 20, 30 and 50 mu s) on the demineralisation of dental enamel was assessed. Finally, 3 different irradiation times (2, 5 and 9 s) were tested in a third experiment. In total, 276 bovine enamel blocks were used for the experiments. An 8-day pH-cycling regime was performed after the laser treatment. Demineralisation was assessed by lesion depth measurements with a polarised light microscope, and morphological changes were assessed with a scanning electron microscope. Irradiation with 0.3 J/cm(2), 5 mu s, 226 Hz for 9 s (2,036 overlapping pulses) increased caries resistance by up to 81% compared to the control and was even significantly better than fluoride application (25%, p < 0.0001). Scanning electron microscopy examination did not reveal any obvious damage caused by the laser irradiation. Copyright (C) 2009 S. Karger AG, Basel

The mu-way intersection problem for m-cycle systems

An m-cycle system of order upsilon is a partition of the edge-set of a complete graph of order upsilon into m-cycles. The mu -way intersection problem for m-cycle systems involves taking mu systems, based on the same vertex set, and determining the possible number of cycles which can be common to all mu systems. General results for arbitrary m are obtained, and detailed intersection values for (mu, m) = (3, 4), (4, 5),(4, 6), (4, 7), (8, 8), (8, 9). (For the case (mu, m)= (2, m), see Billington (J. Combin. Des. 1 (1993) 435); for the case (Cc,m)=(3,3), see Milici and Quattrochi (Ars Combin. A 24 (1987) 175. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.