Allostatic working memory processing in schizophrenia: Human and animal model coherence

The most evident symptoms of schizophrenia are severe impairment of cognitive functions like attention, abstract reasoning and working memory. The latter has been defined as the ability to maintain and manipulate on-line a limited amount of information. Whereas several studies show that working memory processes are impaired in schizophrenia, the specificity of this deficit is still unclear. Results obtained with a new paradigm, involving visuospatial, dynamic and static working memory processing, suggest that schizophrenic patients rely on a specific compensatory strategy. An animal model of schizophrenia with a transient deficit in glutathione during the development reveals similar substitutive processing, masking the impairment in working memory functions in specific test conditions only. Taken together, these results show coherence between working memory deficits in schizophrenic patients and in animal models. More generally, it is possible to consider that the pathological state may be interpreted as a reduced homeostatic reserve. However, this may be balanced in specific situations by efficient allostatic strategies. Thus, the pathological condition would remain latent in several situations, due to such allostatic regulations. However, to maintain a performance based on highly specific strategies requires in turn specific conditions, limitating adaptative resources in humans and in animals. In summary, we suggest that the psychological and physical load to maintain this rigid allostatic state is very high in patients and animal subjects.

VISUAL MEMORY PROCESSING BY PRIMATES AND AVIANS IN A RELATIONAL TASK

Three rhesus monkeys (Macaca mulatta) and four pigeons (Columba livia) were trained in a visual serial probe recognition (SPR) task. A list of visual stimuli (slides) was presented sequentially to the subjects. Following the list and after a delay interval, a probe stimulus was presented that could be either from the list (Same) or not from the list (Different). The monkeys readily acquired a variable list length SPR task, while pigeons showed acquisition only under constant list length condition. However, monkeys memorized the responses to the probes (absolute strategy) when overtrained with the same lists and probes, while pigeons compared the probe to the list in memory (relational strategy). Performance of the pigeon on 4-items constant list length was disrupted when blocks of trials of different list lengths were imbedded between the 4-items blocks. Serial position curves for recognition at variable probe delays showed better relative performance on the last items of the list at short delays (0-0.5 seconds) and better relative performance on the initial items of the list at long delays (6-10 seconds for the pigeons and 20-30 seconds for the monkeys and a human adolescent). The serial position curves also showed reliable primacy and recency effects at intermediate probe delays. The monkeys showed evidence of using a relational strategy in the variable probe delay task. The results are the first demonstration of relational serial probe recognition performance in an avian and suggest similar underlying dynamic recognition memory mechanisms in primates and avians. ^

Functional organization of spatial and nonspatial working memory processing within the human lateral frontal cortex

The present study used functional magnetic resonance imaging to demonstrate that performance of visual spatial and visual nonspatial working memory tasks involve the same regions of the lateral prefrontal cortex when all factors unrelated to the type of stimulus material are appropriately controlled. These results provide evidence that spatial and nonspatial working memory may not be mediated, respectively, by mid-dorsolateral and mid-ventrolateral regions of the frontal lobe, as widely assumed, and support the alternative notion that specific regions of the lateral prefrontal cortex make identical executive functional contributions to both spatial and nonspatial working memory.

Influence of frequent nightmares on REM sleep-dependent emotional memory processing

La littérature suggère que le sommeil paradoxal joue un rôle dans l'intégration associative de la mémoire émotionnelle. De plus, les rêves en sommeil paradoxal, en particulier leur nature bizarre et émotionnelle, semblent refléter cette fonction associative et émotionnelle du sommeil paradoxal. La conséquence des cauchemars fréquents sur ce processus est inconnue, bien que le réveil provoqué par un cauchemar semble interférer avec les fonctions du sommeil paradoxal. Le premier objectif de cette thèse était de reproduire conceptuellement des recherches antérieures démontrant que le sommeil paradoxal permet un accès hyper-associatif à la mémoire. L'utilisation d'une sieste diurne nous a permis d'évaluer les effets du sommeil paradoxal, comparativement au sommeil lent et à l’éveil, sur la performance des participants à une tâche sémantique mesurant « associational breadth » (AB). Les résultats ont montré que seuls les sujets réveillés en sommeil paradoxal ont répondu avec des associations atypiques, ce qui suggère que le sommeil paradoxal est spécifique dans sa capacité à intégrer les traces de la mémoire émotionnelle (article 1). En outre, les rapports de rêve en sommeil paradoxal étaient plus bizarres que ceux en sommeil lent, et plus intenses émotionnellement ; ces attributs semblent refléter la nature associative et émotionnelle du sommeil paradoxal (article 2). Le deuxième objectif de la thèse était de préciser si et comment le traitement de la mémoire émotionnelle en sommeil paradoxal est altéré dans le Trouble de cauchemars fréquents (NM). En utilisant le même protocole, nos résultats ont montré que les participants NM avaient des résultats plus élevés avant une sieste, ce qui correspond aux observations antérieures voulant que les personnes souffrant de cauchemars soient plus créatives. Après le sommeil paradoxal, les deux groupes, NM et CTL, ont montré des changements similaires dans leur accès associatif, avec des résultats AB-négatif plus bas et AB-positif plus grands. Une semaine plus tard, seul les participants NM a maintenu ce changement dans leur réseau sémantique (article 3). Ces résultats suggèrent qu’au fil du temps, les cauchemars peuvent interférer avec l'intégration de la mémoire émotionnelle pendant le sommeil paradoxal. En ce qui concerne l'imagerie, les participants NM avaient plus de bizarrerie et plus d’émotion positive, mais pas négative, dans leurs rêveries (article 4). Ces attributs intensifiés suggèrent à nouveau que les participants NM sont plus imaginatifs et créatifs à l’éveil. Dans l'ensemble, les résultats confirment le rôle du sommeil paradoxal dans l'intégration associative de la mémoire émotionnelle. Cependant, nos résultats concernant le Trouble de cauchemars ne sont pas entièrement en accord avec les théories suggérant que les cauchemars sont dysfonctionnels. Le groupe NM a montré plus d’associativité émotionnelle, de même que plus d'imagerie positive et bizarre à l’éveil. Nous proposons donc une nouvelle théorie de sensibilité environnementale associée au Trouble de cauchemar, suggérant qu'une sensibilité accrue à une gamme de contextes environnementaux sous-tendrait les symptômes uniques et la richesse imaginative observés chez les personnes souffrant de cauchemars fréquents. Bien que davantage de recherches doivent être faites, il est possible que ces personnes puissent bénéficier e milieux favorables, et qu’elles puissent avoir un avantage adaptatif à l'égard de l'expression créative, ce qui est particulièrement pertinent lorsque l'on considère leur pronostic et les différents types de traitements.

Influence of frequent nightmares on REM sleep-dependent emotional memory processing

La littérature suggère que le sommeil paradoxal joue un rôle dans l'intégration associative de la mémoire émotionnelle. De plus, les rêves en sommeil paradoxal, en particulier leur nature bizarre et émotionnelle, semblent refléter cette fonction associative et émotionnelle du sommeil paradoxal. La conséquence des cauchemars fréquents sur ce processus est inconnue, bien que le réveil provoqué par un cauchemar semble interférer avec les fonctions du sommeil paradoxal. Le premier objectif de cette thèse était de reproduire conceptuellement des recherches antérieures démontrant que le sommeil paradoxal permet un accès hyper-associatif à la mémoire. L'utilisation d'une sieste diurne nous a permis d'évaluer les effets du sommeil paradoxal, comparativement au sommeil lent et à l’éveil, sur la performance des participants à une tâche sémantique mesurant « associational breadth » (AB). Les résultats ont montré que seuls les sujets réveillés en sommeil paradoxal ont répondu avec des associations atypiques, ce qui suggère que le sommeil paradoxal est spécifique dans sa capacité à intégrer les traces de la mémoire émotionnelle (article 1). En outre, les rapports de rêve en sommeil paradoxal étaient plus bizarres que ceux en sommeil lent, et plus intenses émotionnellement ; ces attributs semblent refléter la nature associative et émotionnelle du sommeil paradoxal (article 2). Le deuxième objectif de la thèse était de préciser si et comment le traitement de la mémoire émotionnelle en sommeil paradoxal est altéré dans le Trouble de cauchemars fréquents (NM). En utilisant le même protocole, nos résultats ont montré que les participants NM avaient des résultats plus élevés avant une sieste, ce qui correspond aux observations antérieures voulant que les personnes souffrant de cauchemars soient plus créatives. Après le sommeil paradoxal, les deux groupes, NM et CTL, ont montré des changements similaires dans leur accès associatif, avec des résultats AB-négatif plus bas et AB-positif plus grands. Une semaine plus tard, seul les participants NM a maintenu ce changement dans leur réseau sémantique (article 3). Ces résultats suggèrent qu’au fil du temps, les cauchemars peuvent interférer avec l'intégration de la mémoire émotionnelle pendant le sommeil paradoxal. En ce qui concerne l'imagerie, les participants NM avaient plus de bizarrerie et plus d’émotion positive, mais pas négative, dans leurs rêveries (article 4). Ces attributs intensifiés suggèrent à nouveau que les participants NM sont plus imaginatifs et créatifs à l’éveil. Dans l'ensemble, les résultats confirment le rôle du sommeil paradoxal dans l'intégration associative de la mémoire émotionnelle. Cependant, nos résultats concernant le Trouble de cauchemars ne sont pas entièrement en accord avec les théories suggérant que les cauchemars sont dysfonctionnels. Le groupe NM a montré plus d’associativité émotionnelle, de même que plus d'imagerie positive et bizarre à l’éveil. Nous proposons donc une nouvelle théorie de sensibilité environnementale associée au Trouble de cauchemar, suggérant qu'une sensibilité accrue à une gamme de contextes environnementaux sous-tendrait les symptômes uniques et la richesse imaginative observés chez les personnes souffrant de cauchemars fréquents. Bien que davantage de recherches doivent être faites, il est possible que ces personnes puissent bénéficier e milieux favorables, et qu’elles puissent avoir un avantage adaptatif à l'égard de l'expression créative, ce qui est particulièrement pertinent lorsque l'on considère leur pronostic et les différents types de traitements.

The role of sleep and dreaming in the processing of episodic memory

La présente thèse examine les liens entre le sommeil, la mémoire épisodique et les rêves. Dans une première étude, nous utilisons les technologies de la réalité virtuelle (RV) en liaison avec un paradigme de privation de sommeil paradoxal et de collecte de rêve en vue d'examiner l'hypothèse que le sommeil paradoxal et le rêve sont impliqués dans la consolidation de la mémoire épisodique. Le sommeil paradoxal a été associé au rappel des aspects spatiaux des éléments émotionnels de la tâche RV. De la même façon, l'incorporation de la tâche RV dans les rêves a été associée au rappel des aspects spatiaux de la tâche. De plus, le rappel des aspects factuels et perceptuels de la mémoire épisodique, formé lors de la tâche VR, a été associé au sommeil aux ondes lentes. Une deuxième étude examine l'hypothèse selon laquelle une fonction possible du rêve pourrait être de créer de nouvelles associations entre les éléments de divers souvenirs épisodiques. Un participant a été réveillé 43 fois lors de l'endormissement pour fournir des rapports détaillés de rêves. Les résultats suggèrent qu'un seul rêve peut comporter, dans un même contexte spatiotemporel, divers éléments appartenant aux multiples souvenirs épisodiques. Une troisième étude aborde la question de la cognition lors du sommeil paradoxal, notamment comment les aspects bizarres des rêves, qui sont formés grâce aux nouvelles combinaisons d'éléments de la mémoire épisodique, sont perçus par le rêveur. Les résultats démontrent une dissociation dans les capacités cognitives en sommeil paradoxal caractérisée par un déficit sélectif dans l'appréciation des éléments bizarres des rêves. Les résultats des quatre études suggèrent que le sommeil aux ondes lentes et le sommeil paradoxal sont différemment impliqués dans le traitement de la mémoire épisodique. Le sommeil aux ondes lentes pourrait être implique dans la consolidation de la mémoire épisodique, et le sommeil paradoxal, par l'entremise du rêve, pourrais avoir le rôle d'introduire de la flexibilité dans ce système mnémonique.

Lateralization of olfactory processing: Differential impact of right and left temporal lobe epilepsies.

Olfactory processes were reported to be lateralized. The purpose of this study was to further explore this phenomenon and investigate the effect of the hemispheric localization of epileptogenic foci on olfactory deficits in patients with temporal lobe epilepsy (TLE). Olfactory functioning was assessed in 61 patients and 60 healthy control (HC) subjects. The patients and HC subjects were asked to rate the intensity, pleasantness, familiarity, and edibility of 12 common odorants and then identify them. Stimulations were delivered monorhinally in the nostril ipsilateral to the epileptogenic focus in TLE and arbitrarily in either the left or the right nostril in the HC subjects. The results demonstrated that regardless of the side of stimulation, patients with TLE had reduced performance in all olfactory tasks compared with the HC subjects. With regard to the side of the epileptogenic focus, patients with left TLE judged odors as less pleasant and had more difficulty with identification than patients with right TLE, underlining a privileged role of the left hemisphere in the emotional and semantic processing of odors. Finally, irrespective of group, a tendency towards a right-nostril advantage for judging odor familiarity was found in agreement with a prominent role of the right hemisphere in odor memory processing.

Involvement of the hippocampus, amygdala, entorhinal cortex and posterior parietal cortex in memory consolidation

A total of 182 young adult male Wistar rats were bilaterally implanted with cannulae into the CA1 region of the dorsal hippocampus and into the amygdaloid nucleus, the entorhinal cortex, and the posterior parietal cortex. After recovery, the animals were trained in a step-down inhibitory avoidance task. At various times after training (0, 30, 60 or 90 min) the animals received a 0.5-µl microinfusion of vehicle (saline) or 0.5 µg of muscimol dissolved in the vehicle. A retention test was carried out 24 h after training. Retention test performance was hindered by muscimol administered into both the hippocampus and amygdala at 0 but not at 30 min posttraining. The drug was amnestic when given into the entorhinal cortex 30, 60 or 90 min after training, or into the parietal cortex 60 or 90 min after training, but not before. These findings suggest a sequential entry operation, during the posttraining period, of the hippocampus and amygdala, the entorhinal cortex, and the posterior parietal cortex in memory processing

Effects of entorhinal cortex lesions on memory in different tasks

Lesions of the entorhinal cortex produce retrograde memory impairment in both animals and humans. Here we report the effects of bilateral entorhinal cortex lesions caused by the stereotaxic infusion of N-methyl-D-aspartate (NMDA) in rats at two different moments, before or after the training session, on memory of different tasks: two-way shuttle avoidance, inhibitory avoidance and habituation to an open field. Pre- or post-training entorhinal cortex lesions caused an impairment of performance in the shuttle avoidance task, which agrees with the previously described role of this area in the processing of memories acquired in successive sessions. In the inhibitory avoidance task, only the post-training lesions had an effect (amnesia). No effect was observed on the open field task. The findings suggest that the role of the entorhinal cortex in memory processing is task-dependent, perhaps related to the complexity of each task

Errors in nonword repetition: bridging short- and long-term memory

According to the working memory model, the phonological loop is the component of working memory specialized in processing and manipulating limited amounts of speech-based information. The Children's Test of Nonword Repetition (CNRep) is a suitable measure of phonological short-term memory for English-speaking children, which was validated by the Brazilian Children's Test of Pseudoword Repetition (BCPR) as a Portuguese-language version. The objectives of the present study were: i) to investigate developmental aspects of the phonological memory processing by error analysis in the nonword repetition task, and ii) to examine phoneme (substitution, omission and addition) and order (migration) errors made in the BCPR by 180 normal Brazilian children of both sexes aged 4-10, from preschool to 4th grade. The dominant error was substitution [F(3,525) = 180.47; P < 0.0001]. The performance was age-related [F(4,175) = 14.53; P < 0.0001]. The length effect, i.e., more errors in long than in short items, was observed [F(3,519) = 108.36; P < 0.0001]. In 5-syllable pseudowords, errors occurred mainly in the middle of the stimuli, before the syllabic stress [F(4,16) = 6.03; P = 0.003]; substitutions appeared more at the end of the stimuli, after the stress [F(12,48) = 2.27; P = 0.02]. In conclusion, the BCPR error analysis supports the idea that phonological loop capacity is relatively constant during development, although school learning increases the efficiency of this system. Moreover, there are indications that long-term memory contributes to holding memory trace. The findings were discussed in terms of distinctiveness, clustering and redintegration hypotheses.

Neural correlates of true and false memory in mild cognitive impairment

The goal of this research was to investigate the changes in neural processing in mild cognitive impairment. We measured phase synchrony, amplitudes, and event-related potentials in veridical and false memory to determine whether these differed in participants with mild cognitive impairment compared with typical, age-matched controls. Empirical mode decomposition phase locking analysis was used to assess synchrony, which is the first time this analysis technique has been applied in a complex cognitive task such as memory processing. The technique allowed assessment of changes in frontal and parietal cortex connectivity over time during a memory task, without a priori selection of frequency ranges, which has been shown previously to influence synchrony detection. Phase synchrony differed significantly in its timing and degree between participant groups in the theta and alpha frequency ranges. Timing differences suggested greater dependence on gist memory in the presence of mild cognitive impairment. The group with mild cognitive impairment had significantly more frontal theta phase locking than the controls in the absence of a significant behavioural difference in the task, providing new evidence for compensatory processing in the former group. Both groups showed greater frontal phase locking during false than true memory, suggesting increased searching when no actual memory trace was found. Significant inter-group differences in frontal alpha phase locking provided support for a role for lower and upper alpha oscillations in memory processing. Finally, fronto-parietal interaction was significantly reduced in the group with mild cognitive impairment, supporting the notion that mild cognitive impairment could represent an early stage in Alzheimer’s disease, which has been described as a ‘disconnection syndrome’.