Au carrefour des neurosciences et de la psychothérapie. Prof. Stephanie Clarke Service de Neuropsychologie et de Neuroréhabilitation CHUV, Lausanne

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1 Au carrefour des neurosciences et de la psychothérapie Prof. Stephanie Clarke Service de Neuropsychologie et de Neuroréhabilitation CHUV, Lausanne

2 Service de Neuropsychologie et de Neuroréhabilitation Au carrefour des neurosciences et de la psychothérapie 1. Les circuits neuronaux et notre for intérieur 2. Plasticité neuronale 3. Bases génétiques des maladies 4. Effets de la psychothérapie 5. Les défis éthiques 6. Quelle pratique clinique, quelle recherche dans la prochaine décennie?

3 Les circuits neuronaux et notre for intérieur Fin du 19 e siècle: description des patients cérébro-lésés qui présentaient des déficits sélectifs suite aux lésions focales Depuis 1990: identification des aires spécialisées chez les sujets normaux à l aide de l IRM Actuellement: identification des réseaux neuronaux par intégration de l imagerie anatomique et fonctionnelle Réseaux neuronaux qui sous-tendent Fonctions motrices Langage, mémoire, reconnaissance visuelle, auditive, attention, etc. Intention, planification des actions, décision, émotion Comportement qui déterminent nos interactions économiques et sociales Traitement de l information auditive: exemple du traitement parallèle et hiérarchique

4 What and Where in human audition These Sound aspects source are in treated natural simultaneously setting but in different Identity cortical regions Location Motion Parallel processing of auditory information fmri activation studies Effects of focal lesions

5 Sound localisation versus recognition Where What Maeder, Meuli, Adriani, Bellmann, Fornari, Thiran, Pittet & Clarke 2001

6 Selective deficits of sound recognition or localisation Clarke, Bellmann Thiran, Maeder, Adriani, Vernet, Regli, Cuisenaire, Thiran 2002

7 Clarke, Bellmann Thiran, Maeder, Adriani, Vernet, Regli, Cuisenaire, Thiran 2002

8 Sound recognition and localisation: occurrence of selective deficits Unilateral hemispheric lesions: - 15 patients with right lesion (RH) - 15 patients with left lesion (LH) Clarke, Bellmann Thiran, Maeder, Adriani, Vernet, Regli, Cuisenaire, Thiran 2002

9 What is the advantage for auditory What and Where processing streams? Same blue-print as for the visual What and Where streams the brain follows the same organisational principle Specialised processing streams allow more rapid processing for the specific part of the perceived information information specific neural plasticity More efficient for multisensory interactions (e. g., is what I see what I hear?)

10 Multi-stage model of auditory object discrimination Stimulus onset 70 ms Categorical processing 156 ms Repetition priming Murray, Camen, Spierer & Clarke, 2007

11 The role of actions in auditory discrimination of man-made objects Action-free context Sound cueing for action De Lucia, Camen, Clarke, Murray 2009 Neuroimage

12 Parallel and hierarchical processing within the ventral/what stream Recently heard Actionrelated Not A- related Murray, Camen, Andino, Bovet & Clarke 2006 Murray, Camen, Spierer & Clarke 2008 De Lucia, Camen, Clarke & Murray 2009 De Lucia, Clarke& Murray, 2010

13 Learning-induced plasticity in auditory spatial representations Spierer, Tardif, Sperdin, Murray & Clarke, 2007

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15 Brain, emotion and decision making: the paradigmtic example of regret Coricelli, Dolan & Sirigu, TICS 2007 Gambling tasks (top) Regret-related subjective emotional rating (in complete feedback condition)

16 Brain, emotion and decision making: the paradigmtic example of regret Coricelli, Dolan & Sirigu, TICS 2007 Circuitry of regret: Medial orbitofrontal cx (OFC) Dorsal anterior cingulate cortex (ACC) Hippocampus (Hyp)

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18 Service de Neuropsychologie et de Neuroréhabilitation Au carrefour des neurosciences et de la psychothérapie 1. Les circuits neuronaux et notre for intérieur 2. Plasticité neuronale 3. Bases génétiques des maladies 4. Effets de la psychothérapie 5. Les défis éthiques 6. Quelle pratique clinique, quelle recherche dans la prochaine décennie?

19 Plasticité neuronale Depuis 1960: rôle de la plasticité neuronale dans le développement du système nerveux Depuis 1980: plasticité dans le système nerveux adulte où elle joue un rôle important: Perception Motricité Apprentissage La plasticité permet un remodelage postlésionnel qui est à la base de la récupération suite aux AVC, TCC, etc. Adaptation à des situations non physiologiques Implants cochléaires Interface machine-cerveau

20 Beyond cochlear implants: awakening the deafened brain Moore & Shannon, Nature Neuroscience 2009 Auditory midbrain implants (AMI): Single electrode with multiple stimulation sites into inferior colliculus Auditory brain stem implant (ABI): On the surface or penetrating into the cochlear nucleus Cochlear implant: Stimulation of spiral ganglion of the auditory nerve

21 Beyond cochlear implants: awakening the deafened brain Moore & Shannon, Nature Neuroscience 2009 Word recognition performance of implant users ABI, PABI = auditory brainstem implants CI = cochlear implants

22 Beyond cochlear implants: awakening the deafened brain Moore & Shannon, Nature Neuroscience 2009 Effects of age of implantation on the latency of P1auditory evoked reponses of pre-lingually deafened children

23 Principles of neural ensemble physiology underlying the operation of brain-machine interfaces Nicolelis & Lebedev, Nature Reviews Neuroscience 2009 Schematic representation of brain-machine-interface for reaching and grasping.

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25 Service de Neuropsychologie et de Neuroréhabilitation Au carrefour des neurosciences et de la psychothérapie 1. Les circuits neuronaux et notre for intérieur 2. Plasticité neuronale 3. Bases génétiques des maladies 4. Effets de la psychothérapie 5. Les défis éthiques 6. Quelle pratique clinique, quelle recherche dans la prochaine décennie?

26 Bases génétiques des maladies Une base génétique pour des caractéristiques qui jouent un rôle clef dans les interactions humaines Empathie, altruisme, amour, confiance Appréciation de la musique Comportement économique, sensibilités politiques Modèles animaux: influence des gènes codants pour les différentes hormones ou leurs récepteurs = rôle primordial dans les interactions sociales des espèces Bases génétiques de maladies aussi complexes que la schizophrénie = pas un seul gène, mais plus d une centaine de gènes candidats identifiés Interactions des gènes à travers les protéines qu ils codent ou les étapes du développement qu ils influencent Gènes affectés par des variations des nombres de leurs copies (copy number variations): rôle dans la schizophrénie, l autisme

27 Copy number variations associated with neuropsychiatric conditions Cook & Scherer, Nature 2008 Copy-number variation = a type of variation of which stretches of DNA are duplicated, deleted or sometimes rearranged Genes affected by copy-number variation = good candidates for research into disease susceptibility Vulnerability to autism spectrum disorder and schizophrenia

28 Copy number variations associated with neuropsychiatric conditions Cook & Scherer, Nature 2008 Model of the relative contribution of CNVs in susceptibility to autism spectrum disorder Left column: CNVs with large impact on ASD susceptibility, decreasing towards right Green: referral for idiopathic ASD Blue: ASD-related syndrome Red: CNV associated with ASD Black: without diagnosis of ASD

29 Schizophrenia gene networks and pathways and their applicastion for novel candidate gene selection Sun et al. PLOS one 2010 Crosstalk among schizophrenia candidate gene pathways. Red nodes = neurodevelopmental pahtways Blue nodes = common signaling pathways Green nodes = immune-related pathways Grey nodes = retinoic X receptor related pathways

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31 Service de Neuropsychologie et de Neuroréhabilitation Au carrefour des neurosciences et de la psychothérapie 1. Les circuits neuronaux et notre for intérieur 2. Plasticité neuronale 3. Bases génétiques des maladies 4. Effets de la psychothérapie 5. Les défis éthiques 6. Quelle pratique clinique, quelle recherche dans la prochaine décennie?

32 Effets de la psychothérapie Dans le contexte des neurosciences, même approche que pour d autres traitements, donc intérêt pour: Mécanismes d action Efficacité (méta-analyses) Circuits impliqués dans les pathologies études d imagerie Effets spécifiques des psychothérapies Réseaux neuronaux qui sous-tendent le traitement émotionnel dans Syndrome du stress post-traumatique Troubles anxieux Phobies Plasticité dans ces circuits liée à la psychothérapie

33 Functional neuroimaging of anxiety: A metaanalysis of emotional processing in PTSD, social anxiety disorder, and specific phobia Etkin & Wager, Am J Psychiatry 2007 Regions with significant coactivation accross the entire metaanalysis set.

34 Functional neuroimaging of anxiety: A metaanalysis of emotional processing in PTSD, social anxiety disorder, and specific phobia Etkin & Wager, Am J Psychiatry 2007 Clusters with significant hyper- or hypoactivation in amygdala (A) and insula (B)

35 Functional neuroimaging of anxiety: A metaanalysis of emotional processing in PTSD, social anxiety disorder, and specific phobia Etkin & Wager, Am J Psychiatry 2007 ROI-based comparison between disorders Hyperactivation in amygdala and insula often in specific phobia or social anxiety

36 Disentangling the web of fear: Amygdala reactivity and functional connectivity in spider and snake phobia Paquette et al.; NeuroImage 2003 Higher rcbf in right amygdala during spiders vs snakes in patients with spider phobia Correlation between distress ratings and rcbf in right amydala to spider vs snakes in patients with spider phobia

37 «Change the mind and you change the brain»: effects of cognitivebehavioral therpy on the neural correlates of spider phobia Paquette et al., NeuroImage 2003 Phobic subjects: significant activation of right parahippocampal gyrus (BA36) before but not after cognitivobehavioral therapy

38 «Change the mind and you change the brain»: effects of cognitivebehavioral therpy on the neural correlates of spider phobia Paquette et al., NeuroImage 2003 Phobic subjects: significant activation of right dorsolateral prefrontal cortex (BA10) before but not after cognitivobehavioral therapy

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40 Service de Neuropsychologie et de Neuroréhabilitation Au carrefour des neurosciences et de la psychothérapie 1. Les circuits neuronaux et notre for intérieur 2. Plasticité neuronale 3. Bases génétiques des maladies 4. Effets de la psychothérapie 5. Les défis éthiques 6. Quelle pratique clinique, quelle recherche dans la prochaine décennie?

41 Les défis éthiques Ethique de la pratique des neurosciences Intégrité dans la recherche Recherche sur l être humain Expérimentation animale Particularités liées au dysfonctionnement cérébral: consentement éclairé Implication des connaissances du fonctionnement cérébral pour la société Influence sur les fondements moraux de notre société Redéfinition du concept de responsabilité (?) Définition de la mort en tant que l arrêt des fonctions cérébrales Approche neurobiologique de l éthique Le fonctionnement cérébral sous-tend la formulation de nos concepts éthiques Représentation des valeurs morales dans le cerveau Mécanismes neuronaux impliqués dans les décision morales

42 Quelle pratique clinique, quelle recherche dans la prochaine décennie? Dans la pratique clinique: vers une interdisciplinarité des différents domaines des neurosciences cliniques et de la psychiatrie Interdisciplinarité croissante dans la formation pré- et postgraduée des professions médicales et paramédicales, y compris la psychologie La recherche fondamentale et clinique dans le domaine des neurosciences dans les équipes interdisciplinaire, entre cliniciens, psychologues, biologistes et ingénieurs La place de la psychologie et de la psychothérapie: entre excellence dans son propre domaine et dialogue interdisciplinaire

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