Faculté des lettres

Reward processing under influence : Effects of stress and cognitive load on reward processing, and their clinical implications for the vulnerability to major depression

Gaillard, Claudie ; Martin Soelch, Chantal (Dir.)

Thèse de doctorat : Université de Fribourg, 2019.

Humans have a propensity to pursue rewards and to avoid punishments. The motivation to seek rewards and the ability to experience and to learn from positive consequences are fundamental functions in the reward processing. They promote survival and well-being. However, these functions can be challenged or impaired by stressful events or contexts. To clarify the determinant factors that might... More

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    Résumé
    Les humains ont la propension à rechercher les récompenses et à éviter les punitions. La motivation à rechercher des récompenses et la capacité à en ressentir les effets positifs, à constater qu’un comportement a eu des conséquences positives et celle de le reproduire sont des fonctions fondamentales du traitement de la récompense. Elles promeuvent la survie et le bien-être.Cependant, ces fonctions peuvent être menacées ou altérées par l’exposition à des situations ou des contextes stressants. Afin de clarifier les facteurs déterminants qui, chez les adultes sains, sont susceptibles de porter atteinte au traitement de la récompense, cette thèse poursuit quatre objectifs. Premièrement, investiguer les mécanismes neuronaux et psychologiques qui favorisent les comportements motivés et la sensibilité hédonique, et comment l’exposition à un stresseur aigu imprévisible peut affecter ces mécanismes. Deuxièmement, explorer comment la disponibilité de processus cognitifs régulateurs peut moduler les effets de l’exposition à ce stresseur sur le traitement de la récompense. Troisièmement, dès lors que les stratégies de régulation émotionnelle peuvent améliorer ou altérer le maintien d’un traitement adaptatif de la récompense, cette thèse examine comment la propension à utiliser des stratégies de régulation émotionnelle adaptatives ou inadaptées influence la sensibilité à la récompense chez des adultes sains. D’une importance clinique particulière, le quatrième objectif se fonde sur le fait que le trouble dépressif caractérisé (TDC) se caractérise par un dérèglement du traitement de la récompense, une sensibilité accrue au stress et une altération des processus cognitifs et de la régulation émotionnelle. Par conséquent, en utilisant la vulnérabilité au TDC comme modèle clinique, cette thèse compare les effets neuronaux et psychologiques de l’exposition à un stresseur sur les comportements motivés et la sensibilité hédonique, chez des individus présentant une vulnérabilité accrue au TDM (IV, individu vulnérable) et chez des individus sains (IC, individu contrôle). Trois études empiriques adressent ces objectifs. Notre première étude empirique investigue comment, chez des sujets sains, l’exposition à un stresseur aigu et imprévisible affecte les mécanismes neuronaux et psychologiques impliqués lors de la phase d’anticipation et de réception de la récompense, et comment l’effort cognitif requis module les effets induits par le stresseur sur le traitement de la récompense. Pour mesurer l’activation cérébrale durant le traitement de la récompense, nous avons utilisé une tâche de récompense durant laquelle un stress expérimental était induit au travers de l’administration de chocs électriques, alors que le traitement de la récompense était modulé par le renforcement ou non des réponses correctes. La disponibilité des fonctions cognitives régulatrices a été manipulée en variant le niveau d’effort cognitif requis durant la tâche expérimentale (charge cognitive faible ou élevée). Nos résultats indiquent que l’exposition à un stresseur et un effort cognitif accru influence la réactivité striatale pendant la phase de réception du feedback, sans toutefois que ces deux facteurs n’intéragissent. Dans toutes les conditions, l’exposition au stresseur a augmenté la réactivité du striatum dorsal et les performances cognitives, alors que la nécessité d’engager un effort cognitif accru s’est traduit par une réduction de la réactivité du striatum ventral lors de la réception de récompenses et par une diminution de la performance cognitive. Sur cette base, notre deuxième étude empirique porte sur la relation entre la propension d’individus sains à utiliser des stratégies de régulation émotionnelle adaptatives ou inadaptées et leur sensibilité cérébrale à la réception de récompenses, une mesure reflétant la sensibilité hédonique. Nos résultats suggèrent que la réactivité du striatum ventral en réponse à la réception d’une récompense est négativement corrélée à la tendance des sujets à réguler leurs émotions de manière inadaptée, ainsi qu’à la sévérité et à l’intensité des symptômes dépressifs subcliniques qu’ils rapportent. Avec pour objectif d’explorer les implications cliniques pour la vulnérabilité au TDC, notre troisième étude empirique explore la manière dont l’exposition à un stresseur affecte le traitement de la récompense chez les IV par rapport aux IC durant la phase d’anticipation et de réception de la récompense lorsque ceux-ci effectuent la même tâche expérimentale que celle réalisée dans notre première étude empirique. De manière exploratoire, nous examinons également si le niveau de l’effort cognitif à investir dans la tâche modère de manière différente l’effet du stresseur sur le traitement de la récompense chez les IV en comparaison aux IC. Nos résultats mettent en évidence que l’exposition à un stresseur a réduit la réactivité du striatum ventral chez les IV durant la phase d’anticipation, indépendamment d’une potentielle récompense. Cet effet induit par le stresseur était renforcé lorsque l’effort cognitif annoncé était plus faible. Durant la phase d’anticipation, les IV ont également présenté une augmentation de l’activation du striatum dorsal dans toutes les conditions. Durant la présentation du feedback, une diminution de la réactivité du striatum ventral est apparue chez les IV dans la condition où un effort cognitif accru avait été investi dans la tâche expérimentale, et ce indépendamment de la présence du stresseur ou de récompense. En somme, les résultats de cette thèse indiquent que l’exposition à un stresseur aigu imprévisible pourrait induire une augmentation du niveau d’éveil, menant potentiellement à une amplification de la motivation orientée vers la recherche de récompenses et à l’émergence de conduites automatisées au détriment de comportements orientés vers un but. Nos résultats apportent un nouvel éclairage sur la complexité de l’influence exercée par le niveau d’effort cognitif et sur la manière dont celui-ci modère les effets du stress sur le traitement de la récompense. Quant au rôle joué par la régulation émotionnelle, les stratégies inadaptées semblent avoir un effet néfaste sur la sensibilité à la réception d’une récompense. D’une importance clinique particulière, nos résultats suggèrent que la vulnérabilité familiale au TDC est associée à une difficulté à encoder la valeur d’un stimulus émotionnel et à des dysfonctions dans les processus d’apprentissage en lien avec la récompense. Ainsi, les résultats de cette thèse pourraient contribuer à ouvrir de nouvelles perspectives pour le développement de programmes de prévention efficaces visant à renforcer la résilience face au stress et à réduire le risque face à l’émergence de symptômes psychopathologiques liés au stress.
    Summary
    Humans have a propensity to pursue rewards and to avoid punishments. The motivation to seek rewards and the ability to experience and to learn from positive consequences are fundamental functions in the reward processing. They promote survival and well-being. However, these functions can be challenged or impaired by stressful events or contexts. To clarify the determinant factors that might impair the normal reward function in healthy humans, this thesis has four aims. First, to investigate the brain and psychological mechanisms that foster adaptive motivated behaviors and hedonic responsiveness, and how unpredictable acute stress exposure might challenge these mechanisms. Second, to explore how the availability of cognitive regulatory processes may modulate the effect of stress exposure on these reward functions. Third, since emotion regulation strategies might improve or alter the maintenance of an adaptive reward processing, this thesis examines how the propensity to use adaptive or maladaptive emotion regulation strategies influences the responsiveness to reward delivery in healthy individuals. Of clinical importance, the fourth aim is based on the fact that major depression disorder (MDD) is characterized by a disrupted reward processing, increased stress sensitivity, and altered cognitive and emotion regulation processes. Consequently, we used the vulnerability to MDD as a clinical model to test the neural and psychological effects of stress exposure on motivated behaviors and hedonic responsiveness in healthy individuals vulnerable to MDD (HV) compared to closely matched healthy controls (HC). Three empirical works address these aims. Empirical work I explores how, in healthy individuals, unpredictable acute stress exposure affects the neural and behavioral mechanisms engaged during cues predicting rewards and during reward delivery, and how cognitive effort modulates stress-related effects on reward processing. To measure brain activations during reward processing, we used an event-related functional magnetic resonance imaging (fMRI) reward task with unpredictable acute stress induced by threat-of-shock, and reward responsiveness modulated by variable reinforcement schedules (rewarded vs not-rewarded trials). The availability of cognitive regulatory processes was manipulated by two levels of cognitive effort to exert in the task (low, high working memory load). Our findings indicate that both stress exposure and increased cognitive effort influenced the striatal reactivity during the delivery phase, but these factors did not interact. In all conditions, stress exposure enhanced both dorsal striatal activation during the delivery phase and cognitive performance, while higher cognitive effort reduced both ventral striatal reactivity to reward receipt and cognitive performance. Moving on from there, Empirical work II provides insight into the relationship between the propensity of healthy adults to use adaptive or maladaptive emotion regulation strategies, and their neural responsiveness to reward delivery, a measure of hedonic responsivity. Our findings demonstrate that the ventral striatal responsiveness to reward delivery was negatively associated with both the subject’s tendency to use maladaptive emotion regulation strategies, and the severity and intensity of the subclinical depressive symptoms they reported. With the aim to test the clinical implications for the vulnerability to MDD, Empirical work III examines whether unpredictable acute stress exposure affects differently HC’s and HV’s neural responsiveness to cues predicting rewards and to reward delivery when performing the reward task used in our first empirical work. In an exploratory way, we also investigate whether cognitive effort modulates differently the effect of unpredictable acute stress exposure on reward responsiveness. Our findings evidence that stress exposure reduced the ventral striatal reactivity in HV during the anticipation phase, regardless of reinforcement schedule. This stress-related effect was potentiated when individuals were asked to exert a lower cognitive effort in the task. Also, HV showed diminished dorsal striatal activation in all conditions during the anticipation phase. During the delivery phase, the exertion of higher cognitive effort decreased the ventral striatal reactivity in HV, irrespective of stress exposure and reinforcement schedule. Overall, the findings of this thesis demonstrate that stress exposure might strengthen arousal resulting possibly in increased reward-seeking motivation and in the emergence of automatized actions at the expense of goal-directed behaviors. Our results bring new insights into the complex influence of cognitive demands and how they modulate the effect of unpredictable acute stress on the reward processing. Regarding the role played by emotion regulation, maladaptive emotion regulation strategies might have an adverse effect on the ability to experience hedonic feelings. Of clinical significance, our findings indicate finally that increased familial risk for MDD may be associated with impaired ability to encode incentive value and with dysfunctions in reward learning processes including the learning of action-outcome and stimulus-outcome associations. Altogether, the results of this thesis might open new avenues for developing efficient prevention programs promoting resilience in the face of stress exposure, and for reducing the risk for stress-related psychopathological symptoms.