Glutathione deficit during development induces anomalies in the rat anterior cingulate GABAergic neurons: Relevance to schizophrenia.

A series of studies in schizophrenic patients report a decrease of glutathione (GSH) in prefrontal cortex (PFC) and cerebrospinal fluid, a decrease in mRNA levels for two GSH synthesizing enzymes and a deficit in parvalbumin (PV) expression in a subclass of GABA neurons in PFC. GSH is an important redox regulator, and its deficit could be responsible for cortical anomalies, particularly in regions rich in dopamine innervation. We tested in an animal model if redox imbalance (GSH deficit and excess extracellular dopamine) during postnatal development would affect PV-expressing neurons. Three populations of interneurons immunolabeled for calcium-binding proteins were analyzed quantitatively in 16-day-old rat brain sections. Treated rats showed specific reduction in parvalbumin immunoreactivity in the anterior cingulate cortex, but not for calbindin and calretinin. These results provide experimental evidence for the critical role of redox regulation in cortical development and validate this animal model used in schizophrenia research.

Hot cognition and activation of the medial prefrontal cortex: Self-regulating in contexts involving motivational pressures

The medial prefrontal cortex (mPFC) is involved in performance-monitoring and has been implicated in the generation of several electrocortical responses associated with self-regulation. The error-related negativity (ERN), the inhibitory Nogo N2 (N2), and the feedback-related negativity (FRN) are event-related potential (ERP) components which reflect mPFC activity associated with feedback to behavioural (ERN, N2) and environmental (FRN) consequences. Our main goal was to determine whether or not rnPFC activation varies as a function of motivational context (e.g., those involving performance-related incentives) or the use of internally versus externally generated feedback signals (i.e., errors). Additionally, we assessed medial prefrontal activity in relation to individual differences in personality and temperament. Participants completed a combination of tasks in which performance-related incentives were associated with task performance and feedback generated from internal versus external responses. MPFC activity was indexed using both ERP scalp voltage peaks and intracerebral current source density (CSD) of dorsal and ventral regions. Additionally, participants completed several questionnaires assessing personality and temperament styles. Given previous studies have shown that enhanced mPFC activity to loss (or negative) feedback, we expected that activity in the mPFC would generally be greater during the Loss condition relative to the Win condition for both the ERN and N2. Also, due to the evidence that the (vmPFC) is engaged in arousing contexts, we hypothesized that activity in the ventromedial prefrontal cortex (vmPFC) would be greater than activity in the dorsomedial prefrontal cortex (dmPFC), especially in the Loss condition of the GoNogo task (ERN). Similarly, loss feedback in the BART (FRN) was expected to engage the vmPFC more than the dmPFC. Finally, we predicted that persons rating themselves as more willing to engage in approach-related behaviours or to exhibit rigid cognitive styles would show reduced activity of the mPFC. Overall, our results emphasize the role of affective evaluations of behavioural and environmental consequences when self-regulating. Although there were no effects of context on brain activity, our data indicate that, during the time of the ERN and N2 on the MW Go-Nogo task and the FRN on the BART, the vrnPFC was more active compared to the dmPFC. Moreover, regional recruitment in the mPFC was similar across internally (ERN) and externally (FRN) generated errors signals associated with loss feedback, as reflected by relatively greater activity in the vmPFC than the dmPFC. Our data also suggest that greater activity in the mPFC is associated with better inhibitory control, as reflected by both scalp and CSD measures. Additionally, deactivation of the subgenual anterior cingulate cortex (sgACC) and lower levels of self-reported positive affect were both related to increased voluntary risk-taking on the BART. Finally, persons reporting higher levels of approach-related behaviour or cognitive rigidity showed reduced activity of the mPFC. These results are in line with previous research emphasizing that affect/motivation is central to the processes reflected by mediofrontal negativities (MFNs), that the vmPFC is involved in regulating demands on motivational/affective systems, and that the underlying mechanisms driving these functions vary across both individuals and contexts.

Imagerie par résonance magnétique spectroscopique et exploration neurochimique de régions cérébrales d'individus atteints d'un trouble léger de la cognition.

Introduction : Les individus présentant des troubles cognitifs légers ou Mild Cognitive Impairment (MCI) sont plus à risque de développer une maladie d’Alzheimer (MA) que le reste de la population âgée. Objectif : Cette étude repose sur le recours à un devis de type étude de cas multiples dont l’objectif est de contribuer à l’identification d’indices biologiques en quantifiant, à l’aide de la résonance magnétique spectroscopique (MRS), des changements métaboliques précoces chez les individus avec MCI, susceptibles d’évoluer vers la MA. Méthodologie : Huit individus MCI sont comparés à huit individus âgés normaux. Chaque participant est soumis à un examen MRS. Résultats : Parmi les huit participants MCI recrutés, l’un d’entre eux présente désormais un profil cognitif concordant avec une MA. L’analyse spectrale des métabolites de cet individu montre des ratios de glutamate plus élevés au niveau du cortex préfrontal gauche et de la régioncingulaire postérieure gauche. Bien qu’une diminution de NAA/Cr soit fréquemment observée chez la population MCI en voie d’évoluer vers la démence, les résultats obtenus ne démontrent rien en ce sens. Discussion/Conclusion : Le rôle du glutamate dans les processus neurodégénératifs est encore mal établi. L’augmentation de glutamate observée est contraire à la diminution habituellement observée au cours de la MA. Ces résultats sont toutefois explicables par l’existence possible d’excitotoxicité précoce chez les MCI en voie de d’évoluervers la démence. Cela pourrait aussi illustrer des mécanismes de compensation présents avant qu’un déclin cognitif ne soit objectivable.

Contribution du cortex pariétal postérieur au contrôle de la locomotion sous guidage visuel chez le chat

La vision fournit des informations essentielles sur la surface de marche, ainsi que sur la taille, la forme et la position d’obstacles potentiels dans notre environnement. Dans le cas d’un prédateur, la vision fournit également des informations sur la vitesse d’une proie potentielle. Les mécanismes neuronaux impliqués dans l’exécution des modifications de la marche sous guidage visuel sont relativement bien connus, mais ceux impliqués dans la planification de ces modifications de la marche sont peu étudiés. Le cortex pariétal postérieur (CPP) semble être un candidat approprié si l’on considère les propriétés du CPP lors des mouvements d’atteinte vers une cible. Le but des présents travaux est de déterminer la contribution du CPP au contrôle de la locomotion sous guidage visuel. La première étude présentée dans cette thèse a pour hypothèse que le CPP du chat est impliqué dans la planification du placement précis du pied lors des modifications volontaires de la marche. Nous avons entraîné les animaux à enjamber des obstacles en mouvement attachés à la ceinture d’un tapis roulant. Afin d’augmenter la nécessité d’intégrer les informations visuelles et proprioceptives, nous avons dissocié la vitesse des obstacles de celle du tapis roulant. Nous avons observé que plus la vision devient critique pour la tâche, plus les déficits sont importants. Notre analyse démontre que ceux-ci résultent d’un placement inapproprié du pied dans le cycle de marche précédant l’enjambement de l’obstacle. Ceci suggère que le CPP est impliqué dans la planification du placement précis du pied pendant la locomotion sous guidage visuel. La vision directe est disponible lors de la modification de l’activité des membres antérieurs, mais n’est plus disponible lorsque l’obstacle passe sous le corps. Par conséquent, la modification de l’activité des membres postérieurs doit être basée sur l’information gardée en mémoire et coordonnée avec celle des membres antérieurs. Notre deuxième étude a pour but de caractériser les mécanismes neuronaux responsables de cette coordination. Nous avons proposé que le CPP soit impliqué dans la coordination des membres antérieurs et postérieurs lors de l’enjambement d’obstacles. Pour tester cette hypothèse, nous avons enregistré l’activité de neurones de l’aire 5 pendant la même tâche. Nous avons découvert deux populations: une qui décharge lors du passage de l’obstacle entre les membres antérieurs et postérieurs et une autre qui décharge lors du passage de l’obstacle par les membres postérieurs. Dans la tâche de dissociation visuelle, la décharge est modifiée en fonction du temps de passage de l’obstacle sous le corps et reflète la modification du couplage entre les membres lors du changement dans la stratégie d’enjambement. De plus, ces mêmes neurones maintiennent une décharge soutenue lorsqu’un obstacle fixe se trouve entre les membres antérieurs et postérieurs ou les deux membres postérieurs (limite testée : 1-2min). Ces neurones pourraient être responsables de l’emmagasinage à plus long terme des caractéristiques d’un obstacle pour le guidage des mouvements des membres postérieurs. Nos résultats suggèrent que le CPP est impliqué dans l’intégration des informations visuelles et proprioceptives pour la planification du placement précis du pied devant un obstacle. Le patron de décharge de nos populations neuronales suggère qu’il encode également l’information temporelle et spatiale concernant la vitesse et la position de l’obstacle afin de coordonner l’activité des quatre membres pendant la tâche. Finalement, nous proposons qu’une des fonctions du CPP soit d’estimer la position des membres par rapport à l’obstacle en mouvement.

Réorganisation fonctionnelle et structurale des cortex auditifs, visuels et associatifs chez les sourds profonds congénitaux ou prélinguaux

En raison de l’utilisation d’un mode de communication totalement différent de celui des entendants, le langage des signes, et de l’absence quasi-totale d’afférences en provenance du système auditif, il y a de fortes chances que d’importantes modifications fonctionnelles et structurales s’effectuent dans le cerveau des individus sourds profonds. Les études antérieures suggèrent que cette réorganisation risque d’avoir des répercussions plus importantes sur les structures corticales situées le long de la voie visuelle dorsale qu’à l’intérieur de celles situées à l’intérieur de la voie ventrale. L’hypothèse proposée par Ungerleider et Mishkin (1982) quant à la présence de deux voies visuelles dans les régions occipitales, même si elle demeure largement acceptée dans la communauté scientifique, s’en trouve aussi relativement contestée. Une voie se projetant du cortex strié vers les régions pariétales postérieures, est impliquée dans la vision spatiale, et l’autre se projetant vers les régions du cortex temporal inférieur, est responsable de la reconnaissance de la forme. Goodale et Milner (1992) ont par la suite proposé que la voie dorsale, en plus de son implication dans le traitement de l’information visuo-spatiale, joue un rôle dans les ajustements sensori-moteurs nécessaires afin de guider les actions. Dans ce contexte, il est tout à fait plausible de considérer qu’un groupe de personne utilisant un langage sensori-moteur comme le langage des signes dans la vie de tous les jours, s’expose à une réorganisation cérébrale ciblant effectivement la voie dorsale. L’objectif de la première étude est d’explorer ces deux voies visuelles et plus particulièrement, la voie dorsale, chez des individus entendants par l’utilisation de deux stimuli de mouvement dont les caractéristiques physiques sont très similaires, mais qui évoquent un traitement relativement différent dans les régions corticales visuelles. Pour ce faire, un stimulus de forme définie par le mouvement et un stimulus de mouvement global ont été utilisés. Nos résultats indiquent que les voies dorsale et ventrale procèdent au traitement d’une forme définie par le mouvement, tandis que seule la voie dorsale est activée lors d’une tâche de mouvement global dont les caractéristiques psychophysiques sont relativement semblables. Nous avons utilisé, subséquemment, ces mêmes stimulations activant les voies dorsales et ventrales afin de vérifier quels pourraient être les différences fonctionnelles dans les régions visuelles et auditives chez des individus sourds profonds. Plusieurs études présentent la réorganisation corticale dans les régions visuelles et auditives en réponse à l’absence d’une modalité sensorielle. Cependant, l’implication spécifique des voies visuelles dorsale et ventrale demeure peu étudiée à ce jour, malgré plusieurs résultats proposant une implication plus importante de la voie dorsale dans la réorganisation visuelle chez les sourds. Suite à l’utilisation de l’imagerie cérébrale fonctionnelle pour investiguer ces questions, nos résultats ont été à l’encontre de cette hypothèse suggérant une réorganisation ciblant particulièrement la voie dorsale. Nos résultats indiquent plutôt une réorganisation non-spécifique au type de stimulation utilisé. En effet, le gyrus temporal supérieur est activé chez les sourds suite à la présentation de toutes nos stimulations visuelles, peu importe leur degré de complexité. Le groupe de participants sourds montre aussi une activation du cortex associatif postérieur, possiblement recruté pour traiter l’information visuelle en raison de l’absence de compétition en provenance des régions temporales auditives. Ces résultats ajoutent aux données déjà recueillies sur les modifications fonctionnelles qui peuvent survenir dans tout le cerveau des personnes sourdes, cependant les corrélats anatomiques de la surdité demeurent méconnus chez cette population. Une troisième étude se propose donc d’examiner les modifications structurales pouvant survenir dans le cerveau des personnes sourdes profondes congénitales ou prélinguales. Nos résultats montrent que plusieurs régions cérébrales semblent être différentes entre le groupe de participants sourds et celui des entendants. Nos analyses ont montré des augmentations de volume, allant jusqu’à 20%, dans les lobes frontaux, incluant l’aire de Broca et d’autres régions adjacentes impliqués dans le contrôle moteur et la production du langage. Les lobes temporaux semblent aussi présenter des différences morphométriques même si ces dernières ne sont pas significatives. Enfin, des différences de volume sont également recensées dans les parties du corps calleux contenant les axones permettant la communication entre les régions temporales et occipitales des deux hémisphères.

Rôle du cortex pariétal postérieur dans le processus d'intégration visuomotrice - connexions anatomiques avec le cortex moteur et activité cellulaire lors de la locomotion chez le chat

La progression d’un individu au travers d’un environnement diversifié dépend des informations visuelles qui lui permettent d’évaluer la taille, la forme ou même la distance et le temps de contact avec les obstacles dans son chemin. Il peut ainsi planifier en avance les modifications nécessaires de son patron locomoteur afin d’éviter ou enjamber ces entraves. Ce concept est aussi applicable lorsque le sujet doit atteindre une cible, comme un prédateur tentant d’attraper sa proie en pleine course. Les structures neurales impliquées dans la genèse des modifications volontaires de mouvements locomoteurs ont été largement étudiées, mais relativement peu d’information est présentement disponible sur les processus intégrant l’information visuelle afin de planifier ces mouvements. De nombreux travaux chez le primate suggèrent que le cortex pariétal postérieur (CPP) semble jouer un rôle important dans la préparation et l’exécution de mouvements d’atteinte visuellement guidés. Dans cette thèse, nous avons investigué la proposition que le CPP participe similairement dans la planification et le contrôle de la locomotion sous guidage visuel chez le chat. Dans notre première étude, nous avons examiné l’étendue des connexions cortico-corticales entre le CPP et les aires motrices plus frontales, particulièrement le cortex moteur, à l’aide d’injections de traceurs fluorescents rétrogrades. Nous avons cartographié la surface du cortex moteur de chats anesthésiés afin d’identifier les représentations somatotopiques distales et proximales du membre antérieur dans la partie rostrale du cortex moteur, la représentation du membre antérieur située dans la partie caudale de l’aire motrice, et enfin la représentation du membre postérieur. L’injection de différents traceurs rétrogrades dans deux régions motrices sélectionnées par chat nous a permis de visualiser la densité des projections divergentes et convergentes pariétales, dirigées vers ces sites moteurs. Notre analyse a révélé une organisation topographique distincte de connexions du CPP avec toutes les régions motrices identifiées. En particulier, nous avons noté que la représentation caudale du membre antérieur reçoit majoritairement des projections du côté rostral du sillon pariétal, tandis que la partie caudale du CPP projette fortement vers la représentation rostrale du membre antérieur. Cette dernière observation est particulièrement intéressante, parce que le côté caudal du sillon pariétal reçoit de nombreux inputs visuels et sa cible principale, la région motrice rostrale, est bien connue pour être impliquée dans les fonctions motrices volontaires. Ainsi, cette étude anatomique suggère que le CPP, au travers de connexions étendues avec les différentes régions somatotopiques du cortex moteur, pourrait participer à l’élaboration d’un substrat neural idéal pour des processus tels que la coordination inter-membre, intra-membre et aussi la modulation de mouvements volontaires sous guidage visuel. Notre deuxième étude a testé l’hypothèse que le CPP participe dans la modulation et la planification de la locomotion visuellement guidée chez le chat. En nous référant à la cartographie corticale obtenue dans nos travaux anatomiques, nous avons enregistré l’activité de neurones pariétaux, situés dans les portions des aires 5a et 5b qui ont de fortes connexions avec les régions motrices impliquées dans les mouvements de la patte antérieure. Ces enregistrements ont été effectués pendant une tâche de locomotion qui requiert l’enjambement d’obstacles de différentes tailles. En dissociant la vitesse des obstacles de celle du tapis sur lequel le chat marche, notre protocole expérimental nous a aussi permit de mettre plus d’emphase sur l’importance de l’information visuelle et de la séparer de l’influx proprioceptif généré pendant la locomotion. Nos enregistrements ont révélé deux groupes de cellules pariétales activées en relation avec l’enjambement de l’obstacle: une population, principalement située dans l’aire 5a, qui décharge seulement pendant le passage du membre au dessus del’entrave (cellules spécifiques au mouvement) et une autre, surtout localisée dans l’aire 5b, qui est activée au moins un cycle de marche avant l’enjambement (cellules anticipatrices). De plus, nous avons observé que l’activité de ces groupes neuronaux, particulièrement les cellules anticipatrices, était amplifiée lorsque la vitesse des obstacles était dissociée de celle du tapis roulant, démontrant l’importance grandissante de la vision lorsque la tâche devient plus difficile. Enfin, un grand nombre des cellules activées spécifiquement pendant l’enjambement démontraient une corrélation soutenue de leur activité avec le membre controlatéral, même s’il ne menait pas dans le mouvement (cellules unilatérales). Inversement, nous avons noté que la majorité des cellules anticipatrices avaient plutôt tendance à maintenir leur décharge en phase avec l’activité musculaire du premier membre à enjamber l’obstacle, indépendamment de sa position par rapport au site d’enregistrement (cellules bilatérales). Nous suggérons que cette disparité additionnelle démontre une fonction diversifiée de l’activité du CPP. Par exemple, les cellules unilatérales pourraient moduler le mouvement du membre controlatéral au-dessus de l’obstacle, qu’il mène ou suive dans l’ordre d’enjambement, tandis que les neurones bilatéraux sembleraient plutôt spécifier le type de mouvement volontaire requis pour éviter l’entrave. Ensembles, nos observations indiquent que le CPP a le potentiel de moduler l’activité des centres moteurs au travers de réseaux corticaux étendus et contribue à différents aspects de la locomotion sous guidage visuel, notamment l’initiation et l’ajustement de mouvements volontaires des membres antérieurs, mais aussi la planification de ces actions afin d’adapter la progression de l’individu au travers d’un environnement complexe.

The impact of early life adversity on cortical structure in adolescent twins followed since birth

Des études animales ont montré que l’exposition du foetus à l’adversité affecte le développement cérébral et la régulation d’émotions plus tard. Cette régulation serait reliée aux changements structurels cérébraux, particulièrement au circuit fronto-limbique. Cependant, ces résultats n’ont pas été entièrement répliqués chez l’humain. Le but de cette étude était de tester si l'adversité précoce conduit à des altérations structurelles des régions (orbitofrontal, préfrontal, cingulaire) fronto-limbiques, identifiées comme régions-clés dans la (de)régulation d’émotions. Les mesures principales de l’adversité étaient un poids léger à la naissance et l’hostilité maternelle puisqu’ils étaient parmi les plus prédictifs des résultats développementaux et comportementaux chez l’humain. Les mesures secondaires, incluant le tempérament difficile d’enfant et l’impulsivité en adolescence, étaient utilisées du à leur lien avec le développement cérébral et émotionnel. Les participants étaient des jumeaux identiques, membres de l’Étude des Jumeaux Nouveau-nés du Québec (ÉJNQ, N = 650 paires) suivis depuis 5 mois à 15 ans, leur âge actuel. Ceci a permis de mieux contrôler le facteur génétique et ainsi mieux isoler les effets d’environnement. Trente-sept paires ont été recrutées. La structure cérébrale de chacun, obtenue avec l’imagerie par résonance magnétique, a été analysée avec la régression linéaire. Le poids à la naissance n’a eu aucun effet. L’hostilité maternelle a prédit une réduction de l’aire du gyrus cingulaire postérieur. Tempérament difficile a prédit une réduction de l’aire du cortex orbitofrontal. L’impulsivité était associée avec l’aire et volume du cortex préfrontal réduits. Ces résultats soulignent l’importance des interventions précoces afin d’empêcher des altérations menant à la psychopathologie.

L’effet du stress sur la douleur aiguë et chronique

Objectif : Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre l’effet du stress sur la douleur aiguë et chronique. Devis expérimental : 16 patients souffrant de douleur chronique lombalgique et 18 sujets contrôles ont participé à une étude d’imagerie par résonance magnétique (IRM) et ont collecté des échantillons de salive afin de quantifier les niveaux d’hormone de stress (i.e. cortisol) la journée de l’étude (réponse réactive) et durant les sept jours consécutifs suivants (réponse basale). Étude 1 : Une première étude a examiné le lien entre les niveaux de cortisol basal, le volume de l’hippocampe et l’activité cérébrale évoquée par la douleur thermique chez des patients souffrant de douleur chronique et les sujets contrôles. Les résultats révèlent que les patients souffrant de douleur chronique avaient des niveaux de cortisol plus élevés que ceux des sujets contrôles. Chez ces patients, un niveau élevé de cortisol était associé à un plus petit volume de l'hippocampe et à davantage d’activation dans le gyrus parahippocampique antérieure (une région impliquée dans l'anxiété anticipatoire et l'apprentissage associatif). De plus, une analyse de médiation a montré que le niveau de cortisol basal et la force de la réponse parahippocampique explique statistiquement l’association négative entre le volume de l'hippocampe et l'intensité de la douleur chronique. Ces résultats suggèrent que l’activité endocrinienne plus élevée chez les patients ayant un plus petit hippocampe modifie le fonctionnement du complexe hippocampique et contribue à l’intensité de la douleur chronique. Étude 2 : La deuxième étude a évalué la contribution de la réponse de stress réactif aux différences interindividuelles dans la perception de la douleur aiguë chez des patients souffrant de douleur chronique et chez des sujets normaux. Les deux groupes ont montré des augmentations significatives du niveau de cortisol en réponse à des stimulations nocives administrées dans un contexte d’IRM suggérant ainsi que la réactivité de l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien est préservée chez les patients lombalgiques. De plus, les individus présentant une réponse hormonale de stress plus forte ont rapporté moins de douleur et ont montré une réduction de l'activation cérébrale dans le noyau accumbens, dans le cortex cingulaire antérieur (CCA), le cortex somatosensoriel primaire, et l'insula postérieure. Des analyses de médiation ont indiqué que la douleur liée à l'activité du CCA explique statistiquement la relation entre la réponse de stress et le désagrément de la douleur rapportée par les participants. Enfin, des analyses complémentaires ont révélé que le stress réduit la connectivité fonctionnelle entre le CCA et le tronc cérébral pendant la douleur aiguë. Ces résultats indiquent que le stress réactif module la douleur et contribue à la variabilité interindividuelle de l'activité cérébrale et la réponse affective à la douleur. Discussion : Conjointement, ces études suggèrent dans un premier temps que la douleur chronique peut être exacerbée par une réponse physiologique inadéquate de l'organisme exposé à un stress récurrent, et en un second temps, que le CCA contribuerait à l'analgésie induite par le stress. Sur le plan conceptuel, ces études renforcent le point de vue prédominant suggérant que la douleur chronique induit des changements dans les systèmes cérébraux régissant les fonctions motivationnelles et affective de la douleur.

Individual Differences in Amygdala and Ventromedial Prefrontal Cortex Activity are Associated with Evaluation Speed and Psychological Well-being

Using functional magnetic resonance imaging, we examined whether individual differences in amygdala activation in response to negative relative to neutral information are related to differences in the speed with which such information is evaluated, the extent to which such differences are associated with medial prefrontal cortex function, and their relationship with measures of trait anxiety and psychological well-being (PWB). Results indicated that faster judgments of negative relative to neutral information were associated with increased left and right amygdala activation. In the prefrontal cortex, faster judgment time was associated with relative decreased activation in a cluster in the ventral anterior cingulate cortex (ACC, BA 24). Furthermore, people who were slower to evaluate negative versus neutral information reported higher PWB. Importantly, higher PWB was strongly associated with increased activation in the ventral ACC for negative relative to neutral information. Individual differences in trait anxiety did not predict variation in judgment time or in amygdala or ventral ACC activity. These findings suggest that people high in PWB effectively recruit the ventral ACC when confronted with potentially aversive stimuli, manifest reduced activity in subcortical regions such as the amygdala, and appraise such information as less salient as reflected in slower evaluative speed.

Shared neural circuits for mentalizing about the self and others

Although many examples exist for shared neural representations of self and other, it is unknown how such shared representations interact with the rest of the brain. Furthermore, do high-level inference-based shared mentalizing representations interact with lower level embodied/simulation-based shared representations? We used functional neuroimaging (fMRI) and a functional connectivity approach to assess these questions during high-level inference-based mentalizing. Shared mentalizing representations in ventromedial prefrontal cortex, posterior cingulate/precuneus, and temporo-parietal junction (TPJ) all exhibited identical functional connectivity patterns during mentalizing of both self and other. Connectivity patterns were distributed across low-level embodied neural systems such as the frontal operculum/ventral premotor cortex, the anterior insula, the primary sensorimotor cortex, and the presupplementary motor area. These results demonstrate that identical neural circuits are implementing processes involved in mentalizing of both self and other and that the nature of such processes may be the integration of low-level embodied processes within higher level inference-based mentalizing.

Anterior cingulate activity and level of cognitive conflict: explicit comparisons

The role of anterior cingulate cortex (ACC) in attention is a matter of debate. One hypothesis suggests that its role is to monitor response-level conflict, but explicit evidence is somewhat lacking. In this study, the activation of ACC was compared in (a) color and number standard Stroop tasks in which response preparation and interference shared modality (response-level conflict) and (b) color and number matching Stroop tasks in which response preparation and interference did not share modality (non-response-level conflict). In the congruent conditions, there was no effect of task type. In the interference conditions, anterior cingulate activity in the matching tasks was less than that in the standard tasks. These results support the hypothesis that ACC specifically mediates generalized modality-independent selection processes invoked by response competition.

An fMRI study of parietal cortex involvement in the visual guidance of locomotion

Locomoting through the environment typically involves anticipating impending changes in heading trajectory in addition to maintaining the current direction of travel. We explored the neural systems involved in the “far road” and “near road” mechanisms proposed by Land and Horwood (1995) using simulated forward or backward travel where participants were required to gauge their current direction of travel (rather than directly control it). During forward egomotion, the distant road edges provided future path information, which participants used to improve their heading judgments. During backward egomotion, the road edges did not enhance performance because they no longer provided prospective information. This behavioral dissociation was reflected at the neural level, where only simulated forward travel increased activation in a region of the superior parietal lobe and the medial intraparietal sulcus. Providing only near road information during a forward heading judgment task resulted in activation in the motion complex. We propose a complementary role for the posterior parietal cortex and motion complex in detecting future path information and maintaining current lane positioning, respectively. (PsycINFO Database Record (c) 2010 APA, all rights reserved)

Maturation of limbic corticostriatal activation and connectivity associated with developmental changes in temporal discounting

Temporal discounting (TD) matures with age, alongside other markers of increased impulse control, and coherent, self-regulated behaviour. Discounting paradigms quantify the ability to refrain from preference of immediate rewards, in favour of delayed, larger rewards. As such, they measure temporal foresight and the ability to delay gratification, functions that develop slowly into adulthood. We investigated the neural maturation that accompanies the previously observed age-related behavioural changes in discounting, from early adolescence into mid-adulthood. We used functional magnetic resonance imaging of a hypothetical discounting task with monetary rewards delayed in the week to year range. We show that age-related reductions in choice impulsivity were associated with changes in activation in ventromedial prefrontal cortex (vmPFC), anterior cingulate cortex (ACC), ventral striatum (VS), insula, inferior temporal gyrus, and posterior parietal cortex. Limbic frontostriatal activation changes were specifically associated with age-dependent reductions in impulsive choice, as part of a more extensive network of brain areas showing age-related changes in activation, including dorsolateral PFC, inferior parietal cortex, and subcortical areas. The maturational pattern of functional connectivity included strengthening in activation coupling between ventromedial and dorsolateral PFC, parietal and insular cortices during selection of delayed alternatives, and between vmPFC and VS during selection of immediate alternatives. We conclude that maturational mechanisms within limbic frontostriatal circuitry underlie the observed post-pubertal reductions in impulsive choice with increasing age, and that this effect is dependent on increased activation coherence within a network of areas associated with discounting behaviour and inter-temporal decision-making.

Anticipatory activation in the amygdala and anterior cingulate in generalized anxiety disorder and prediction of treatment response

OBJECTIVE: The anticipation of adverse outcomes, or worry, is a cardinal symptom of generalized anxiety disorder. Prior work with healthy subjects has shown that anticipating aversive events recruits a network of brain regions, including the amygdala and anterior cingulate cortex. This study tested whether patients with generalized anxiety disorder have alterations in anticipatory amygdala function and whether anticipatory activity in the anterior cingulate cortex predicts treatment response. METHOD: Functional magnetic resonance imaging (fMRI) was employed with 14 generalized anxiety disorder patients and 12 healthy comparison subjects matched for age, sex, and education. The event-related fMRI paradigm was composed of one warning cue that preceded aversive pictures and a second cue that preceded neutral pictures. Following the fMRI session, patients received 8 weeks of treatment with extended-release venlafaxine. RESULTS: Patients with generalized anxiety disorder showed greater anticipatory activity than healthy comparison subjects in the bilateral dorsal amygdala preceding both aversive and neutral pictures. Building on prior reports of pretreatment anterior cingulate cortex activity predicting treatment response, anticipatory activity in that area was associated with clinical outcome 8 weeks later following treatment with venlafaxine. Higher levels of pretreatment anterior cingulate cortex activity in anticipation of both aversive and neutral pictures were associated with greater reductions in anxiety and worry symptoms. CONCLUSIONS: These findings of heightened and indiscriminate amygdala responses to anticipatory signals in generalized anxiety disorder and of anterior cingulate cortex associations with treatment response provide neurobiological support for the role of anticipatory processes in the pathophysiology of generalized anxiety disorder.

Brain activity in advantageous and disadvantageous situations: implications for reward/punishment sensitivity in different situations

OBJECTIVE: This study modeled win and lose trials in a simple gambling task to examine the effect of entire win-lose situations (WIN, LOSS, or TIE) on single win/lose trials and related neural underpinnings. METHODS: The behavior responses and brain activities of 17 participants were recorded by an MRI scanner while they performed a gambling task. Different conditions were compared to determine the effect of the task on the behavior and brain activity of the participants. Correlations between brain activity and behavior were calculated to support the imaging results. RESULTS: In win trials, LOSS caused less intense posterior cingulate activity than TIE. In lose trials, LOSS caused more intense activity in the right superior temporal gyrus, bilateral superior frontal gyrus, bilateral anterior cingulate, bilateral insula cortex, and left orbitofrontal cortex than WIN and TIE. CONCLUSIONS: The experiences of the participants in win trials showed great similarity among different win-lose situations. However, the brain activity and behavior responses of the participants in lose trials indicated that they experienced stronger negative emotion in LOSS. The participants also showed an increased desire to win in LOSS than in WIN or TIE conditions.