Qualitative and quantitative analysis of thalamo-cortical axons in the somatosensory cortex of normal and barrelless mice

Résumé Les rongeurs utilisent leurs moustaches (vibrisses) pour explorer le milieu environnant. Chaque moustache est mue par un système des muscles. Les récepteurs situés à sa base transmettent les informations au système nerveux central. La transmission vers l'écorce se fait via trois neurones de relais qui se trouvent au niveau du ganglion trigéminé, du tronc cérébral et du thalamus. La représentation corticale d'une vibrisse est une concentration des axones thalamo-corticaux (ATC) autour desquelles s'organisent leurs cibles, les cellules de la couche IV. La structure peut être identifiée histologiquement en coupes tangentielles et porte le nom de « barrel » (« tonneau »). Cette correspondance vibrisse - barrel fait de ce système un model idéal pour étudier l'influence de l'activité périphérique sur l'établissement et le maintien des cartes somatotopiques. Notre laboratoire dispose d'une souche de souris qui a subi une mutation spontanée pour le gène codant l'adenylyl cyclase I (ACI). Cette enzyme membranaire catalyse la formation de l'AMPc et joue un rôle important dans le guidage axonal, la libération des neurotransmetteurs et l'intégration des signaux postsynaptiques. Nous avons démontré dans un premier temps que cette souris adulte ne développe pas de barrels. Cela est dû à un manque d'organisation des ATC et aussi des cellules de la couche IV. De plus, les résultats électrophysiologiques montrent que les informations venant des vibrisses adjacentes ne sont pas intégrées d'une manière normale. Dans ce travail de thèse, j'ai analysé la morphologie des ATC révélés individuellement avec de la biocytine. L'analyse quantitative des ATC a mis en évidence les points suivants: 1. Les axones de la souris normale (NOR) quittent le thalamus, traversent la capsule interne et la substance blanche sous-corticale et pénètrent dans le cortex somato-sensoriel primaire. A l'intérieur de l'écorce ils traversent au maximum 3 colonnes corticales adjacentes dont une contient le barrel cible. En passant à travers les couches VI et V, ces axones arborisent et convergent progressivement vers le barrel dans lequel ils forment une riche arborisation. Un petit nombre des branches « errantes », pleines de boutons synaptiques, pénètrent dans les barrels voisins. Deux axones NOR provenant de corps cellulaires très proches dans le thalamus peuvent avoir un cheminement très divergent lors de la traversée de la capsule interne et de la substance blanche sous-corticale mais, à leur entrée dans le cortex, ils sont distants d'au maximum 2 colonnes corticales de la colonne qui contient le barrel cible et ils convergent progressivement vers ce barrel. 2. Les axones de la souris mutante (BRL) ont le même trajet sous-cortical que les axones NOR, mais leur entrée dans le cortex somato-sensoriel primaire est aléatoire. A l'interface entre la substance blanche sous-corticale et le cortex, l'axone principal se divise rapidement en troncs axonaux qui traversent les couches VI et V d'une manière divergente pour arriver dans la couche IV. Cela contraste beaucoup avec la trajectoire des NOR qui convergent graduellement vers leur barrel cible. Le nombre de branches radiales que les axones BRL utilisent pour entrer dans le cortex et dans la couche IV est double par rapport aux axones NOR. Parmi ces branches, seules quelques-unes donnent des arborisations, les autres ne sont pas développées et leur morphologie est semblable à celle des branches formées par les axones de la souris normale lors du développement. Deux axones BRL issus de corps cellulaires proches dans le thalamus peuvent avoir une trajectoire très divergente jusqu'à leur entrée dans la couche IV, mais à ce niveau ils sont réorientés pour se retrouver et faire un nombre maximal de branches et boutons synaptiques dans la même région corticale. Dans un cas extrême, un des axones observés est entré dans le cortex à la limite entre l'aire somatosensorielle primaire et secondaire et a parcouru une distance de 2 mm pour retrouver son partenaire thalamique et donner avec celui-ci un nombre maximal de branches dans la même région de la couche IV. 3. Les mesures quantitatives ont montré que les arborisations corticales des axones NOR ont une longueur moyenne de 18mm et sont formées par 200 segments qui portent 1200 boutons synaptiques. Par rapport à la souris NOR, les axones BRL ont en moyenne la même longueur, le même nombre de segments et boutons synaptiques, mais donnent deux fois plus de branches radiales. La surface tangentielle occupée par les arborisations BRL dans la couche IV est 2 fois plus grande que celle des NOR. Cela signifie que les 1000 boutons synaptiques qui caractérisent les arborisations NOR et BRL dans la couche IV sont disséminés sur une surface tangentielle double chez les derniers, et donc que la densité des boutons par unité de surface corticale est en moyenne plus faible. En effet, l'augmentation de la surface corticale tangentielle des BRL est due aux surfaces de faible et moyenne densité synaptique (0 - 8 boutons / 400pn2) qui augmentent 2 fois tandis que les surfaces de haute densité synaptiques (8 - 64 boutons / 4001.tm2) sont les mêmes. Nous émettons l'hypothèse selon laquelle, durant le développement, les ATC de la souris BRL divergent et forment un nombre exubérant de branches. Grâce à cette divergence et aux branches supranuméraires, ils trouvent l'endroit de l'écorce où se trouvent leurs voisins thalamiques et arborisent abondamment dans cette région. Cependant, le déficit en AGI ne leurs permet pas par la suite, sous influence de l'activité périphérique, de retirer les branches qui se trouvent dans les endroits inappropriés de l'écorce, avec de possibles conséquences sur la discrimination tactile.

Pulse wave amplitude drops during sleep are reliable surrogate markers of changes in cortical activity

Rapport de synthèseLe syndrome d'apnées obstructives du sommeil (SAOS) est une pathologie respiratoire fréquente. Sa prévalence est estimée entre 2 et 5% de la population adulte générale. Ses conséquences sont importantes. Notamment, une somnolence diurne, des troubles de la concentration, des troubles de la mémoire et une augmentation du risque d'accident de la route et du travail. Il représente également un facteur de risque cardiovasculaire indépendant.Ce syndrome est caractérisé par la survenue durant le sommeil d'obstructions répétées des voies aériennes supérieures. L'arrêt ou la diminution d'apport en oxygène vers les poumons entraîne des épisodes de diminution de la saturation en oxygène de l'hémoglobine. Les efforts ventilatoires visant à lever l'obstacle présent sur les voies aériennes causent de fréquents réveils à l'origine d'une fragmentation du sommeil.La polysomnographie (PSG) représente le moyen diagnostic de choix. Il consiste en l'enregistrement dans un laboratoire du sommeil et en présence d'un technicien diplômé, du tracé électroencéphalographique (EEG), de l'électrooculogramme (EOG), de l'électromyogramme mentonnier (EMG), du flux respiratoire nasal, de l'oxymétrie de pouls, de la fréquence cardiaque, de l'électrocardiogramme (ECG), des mouvements thoraciques et abdominaux, de la position du corps et des mouvements des jambes. L'examen est filmé par caméra infrarouge et les sons sont enregistrés.Cet examen permet entre autres mesures, de déterminer les événements respiratoires obstructifs nécessaires au diagnostic de syndrome d'apnée du sommeil. On définit une apnée lors d'arrêt complet du débit aérien durant au moins 10 secondes et une hypopnée en cas, soit de diminution franche de l'amplitude du flux respiratoire supérieure à 50% durant au moins 10 secondes, soit de diminution significative (20%) de l'amplitude du flux respiratoire pendant au minimum 10 secondes associée à un micro-éveil ou à une désaturation d'au moins 3% par rapport à la ligne de base. La détection des micro-éveils se fait en utilisant les dérivations électroencéphalographiques, électromyographiques et électrooculographiques. Il existe des critères visuels de reconnaissance de ces éveils transitoire: apparition de rythme alpha (8.1 à 12.0 Hz) ou beta (16 à 30 Hz) d'une durée supérieure à 3 secondes [20-21].Le diagnostic de S AOS est retenu si l'on retrouve plus de 5 événements respiratoires obstructifs par heure de sommeil associés soit à une somnolence diurne évaluée selon le score d'Epworth ou à au moins 2 symptômes parmi les suivants: sommeil non réparateur, étouffements nocturne, éveils multiples, fatigue, troubles de la concentration. Le S AOS est gradué en fonction du nombre d'événements obstructifs par heure de sommeil en léger (5 à 15), modéré (15 à 30) et sévère (>30).La polysomnographie (PSG) comporte plusieurs inconvénients pratiques. En effet, elle doit être réalisée dans un laboratoire du sommeil avec la présence permanente d'un technicien, limitant ainsi son accessibilité et entraînant des délais diagnostiques et thérapeutiques. Pour ces mêmes raisons, il s'agit d'un examen onéreux.La polygraphie respiratoire (PG) représente l'alternative diagnostique au gold standard qu'est l'examen polysomnographique. Cet examen consiste en l'enregistrement en ambulatoire, à savoir au domicile du patient, du flux nasalrespiratoire, de l'oxymétrie de pouls, de la fréquence cardiaque, de la position du corps et du ronflement (par mesure de pression).En raison de sa sensibilité et sa spécificité moindre, la PG reste recommandée uniquement en cas de forte probabilité de SAOS. Il existe deux raisons principales à l'origine de la moindre sensibilité de l'examen polygraphique. D'une part, du fait que l'état de veille ou de sommeil n'est pas déterminé avec précision, il y a dilution des événements respiratoires sur l'ensemble de l'enregistrement et non sur la période de sommeil uniquement. D'autre part, en l'absence de tracé EEG, la quantification des micro-éveils est impossible. Il n'est donc pas possible dans l'examen poly graphique, de reconnaître une hypopnée en cas de diminution de flux respiratoire de 20 à 50% non associée à un épisode de désaturation de l'hémoglobine de 3% au moins. Alors que dans l'examen polysomnographique, une telle diminution du flux respiratoire pourrait être associée à un micro-éveil et ainsi comptabilisée en tant qu'hypopnée.De ce constat est né la volonté de trouver un équivalent de micro-éveil en polygraphie, en utilisant les signaux à disposition, afin d'augmenter la sensibilité de l'examen polygraphique.Or plusieurs études ont démontrés que les micro-éveils sont associés à des réactions du système nerveux autonome. Lors des micro-éveils, on met en évidence la survenue d'une vasoconstriction périphérique. La variation du tonus sympathique associée aux micro-éveils peut être mesurée par différentes méthodes. Les variations de l'amplitude de l'onde de pouls mesurée par pulsoxymétrie représentant un marqueur fiable de la vasoconstriction périphérique associée aux micro-réveils, il paraît donc opportun d'utiliser ce marqueur autonomique disponible sur le tracé des polygraphies ambulatoires afin de renforcer la sensibilité de cet examen.Le but de l'étude est d'évaluer la sensibilité des variations de l'amplitude de l'onde de pouls pour détecter des micro-réveils corticaux afin de trouver un moyen d'augmenter la sensibilité de l'examen polygraphique et de renforcer ainsi sont pouvoir diagnostic.L'objectif est de démontrer qu'une diminution significative de l'amplitude de l'onde pouls est concomitante à une activation corticale correspondant à un micro¬réveil. Cette constatation pourrait permettre de déterminer une hypopnée, en polygraphie, par une diminution de 20 à 50% du flux respiratoire sans désaturation de 3% mais associée à une baisse significative de l'amplitude de pouls en postulant que l'événement respiratoire a entraîné un micro-réveil. On retrouve par cette méthode les mêmes critères de scoring d'événements respiratoires en polygraphie et en polysomnographie, et l'on renforce la sensibilité de la polygraphie par rapport au gold standard polysomnographique.La méthode consiste à montrer en polysomnographie qu'une diminution significative de l'amplitude de l'onde de pouls mesurée par pulsoxymétrie est associée à une activation du signal électroencéphalographique, en réalisant une analyse spectrale du tracé EEG lors des baisses d'amplitude du signal d'onde de pouls.Pour ce faire nous avons réalisé une étude rétrospective sur plus de 1000 diminutions de l'amplitude de l'onde de pouls sur les tracés de 10 sujets choisis de manière aléatoire parmi les patients référés dans notre centre du sommeil (CIRS) pour suspicion de trouble respiratoire du sommeil avec somnolence ou symptomatologie diurne.Les enregistrements nocturnes ont été effectués de manière standard dans des chambres individuelles en utilisant le système d'acquisition Embla avec l'ensemble des capteurs habituels. Les données ont été par la suite visuellement analysées et mesurées en utilisant le software Somnologica version 5.1, qui fournit un signal de l'amplitude de l'onde de pouls (puise wave amplitude - PWA).Dans un premier temps, un technicien du sommeil a réalisé une analyse visuelle du tracé EEG, en l'absence des données du signal d'amplitude d'onde de pouls. Il a déterminé les phases d'éveil et de sommeil, les stades du sommeil et les micro¬éveils selon les critères standards. Les micro-éveils sont définis lors d'un changement abrupt dans la fréquence de l'EEG avec un pattern d'ondes thêta-alpha et/ou une fréquence supérieure à 16 Hz (en l'absence de fuseau) d'une durée d'au minimum trois secondes. Si cette durée excède quinze secondes, l'événement correspond à un réveil.Puis, deux investigateurs ont analysé le signal d'amplitude d'onde de pouls, en masquant les données du tracé EEG qui inclut les micro-éveils. L'amplitude d'onde de pouls est calculée comme la différence de valeur entre le zénith et le nadir de l'onde pour chaque cycle cardiaque. Pour chaque baisse de l'amplitude d'onde de pouls, la plus grande et la plus petite amplitude sont déterminées et le pourcentage de baisse est calculé comme le rapport entre ces deux amplitudes. On retient de manière arbitraire une baisse d'au moins 20% comme étant significative. Cette limite a été choisie pour des raisons pratiques et cliniques, dès lors qu'elle représentait, à notre sens, la baisse minimale identifiable à l'inspection visuelle. Chaque baisse de PWA retenue est divisée en 5 périodes contiguës de cinq secondes chacune. Deux avant, une pendant et deux après la baisse de PWA.Pour chaque période de cinq secondes, on a pratiqué une analyse spectrale du tracé EEG correspondant. Le canal EEG C4-A1 est analysé en utilisant la transformée rapide de Fourier (FFT) pour chaque baisse de PWA et pour chaque période de cinq secondes avec une résolution de 0.2 Hz. La distribution spectrale est catégorisée dans chaque bande de fréquence: delta (0.5 à 4.0 Hz); thêta (4.1 à 8.0Hz); alpha (8.1 à 12.0 Hz); sigma (12.1 à 16 Hz) et beta (16.1 à 30.0 Hz). La densité de puissance (power density, en μΥ2 ) pour chaque bande de fréquence a été calculée et normalisée en tant que pourcentage de la puissance totale. On a déterminé, ensuite, la différence de densité de puissance entre les 5 périodes par ANOVA on the rank. Un test post hoc Tukey est été utilisé pour déterminer si les différences de densité de puissance étaient significatives. Les calculs ont été effectués à l'aide du software Sigmastat version 3.0 (Systat Software San Jose, California, USA).Le principal résultat obtenu dans cette étude est d'avoir montré une augmentation significative de la densité de puissance de l'EEG pour toutes les bandes de fréquence durant la baisse de l'amplitude de l'onde de pouls par rapport à la période avant et après la baisse. Cette augmentation est par ailleurs retrouvée dans la plupart des bande de fréquence en l'absence de micro-réveil visuellement identifié.Ce résultat témoigné donc d'une activation corticale significative associée à la diminution de l'onde de pouls. Ce résulat pourrait permettre d'utiliser les variations de l'onde de pouls dans les tracés de polygraphie comme marqueur d'une activation corticale. Cependant on peut dire que ce marqueur est plus sensible que l'analyse visuelle du tracé EEG par un technicien puisque qu'on notait une augmentation de lactivité corticale y compris en l'absence de micro-réveil visuellement identifié. L'application pratique de ces résultats nécessite donc une étude prospective complémentaire.

Structural organization of alpha-subunit from purified and microsomal toad kidney (Na+ + K+)-ATPase as assessed by controlled trypsinolysis

The membrane organization of the alpha-subunit of purified (Na+ + K+)-ATPase ((Na+ + K+)-dependent adenosine triphosphate phosphorylase, EC 3.6.1.3) and of the microsomal enzyme of the kidney of the toad Bufo marinus was compared by using controlled trypsinolysis. With both enzyme preparations, digestions performed in the presence of Na+ yielded a 73 kDa fragment and in the presence of K+ a 56 kDa, a 40 kDa and small amounts of a 83 kDa fragment from the 96 kDa alpha-subunit. In contrast to mammalian preparations (Jørgensen, P.L. (1975) Biochim. Biophys. Acta 401, 399-415), trypsinolysis of the purified amphibian enzyme led to a biphasic loss of (Na+ + K+)-ATPase activity in the presence of both Na+ and K+. These data could be correlated with an early rapid cleavage of 3 kDa from the alpha-subunit in both ionic conditions and a slower degradation of the remaining 93 kDa polypeptide. On the other hand, in the microsomal enzyme, a 3 kDa shift of the alpha-subunit could only be produced in the presence of Na+. Our data indicate that (1) purification of the amphibian enzyme with detergent does not influence the overall topology of the alpha-subunit but produces a distinct structural alteration of its N-terminus and (2) the amphibian kidney enzyme responds to cations with similar conformational transitions as the mammalian kidney enzyme. In addition, anti alpha-serum used on digested enzyme samples revealed on immunoblots that the 40 kDa fragment was better recognized than the 56 kDa fragment. It is concluded that the NH2-terminal of the alpha-subunit contains more antigenic sites than the COOH-terminal domain in agreement with the results of Farley et al. (Farley, R.A., Ochoa, G.T. and Kudrow, A. (1986) Am. J. Physiol. 250, C896-C906).

The thalamocortical projection systems in primate: an anatomical support for multisensory and sensorimotor interplay.

Multisensory and sensorimotor integrations are usually considered to occur in superior colliculus and cerebral cortex, but few studies proposed the thalamus as being involved in these integrative processes. We investigated whether the organization of the thalamocortical (TC) systems for different modalities partly overlap, representing an anatomical support for multisensory and sensorimotor interplay in thalamus. In 2 macaque monkeys, 6 neuroanatomical tracers were injected in the rostral and caudal auditory cortex, posterior parietal cortex (PE/PEa in area 5), and dorsal and ventral premotor cortical areas (PMd, PMv), demonstrating the existence of overlapping territories of thalamic projections to areas of different modalities (sensory and motor). TC projections, distinct from the ones arising from specific unimodal sensory nuclei, were observed from motor thalamus to PE/PEa or auditory cortex and from sensory thalamus to PMd/PMv. The central lateral nucleus and the mediodorsal nucleus project to all injected areas, but the most significant overlap across modalities was found in the medial pulvinar nucleus. The present results demonstrate the presence of thalamic territories integrating different sensory modalities with motor attributes. Based on the divergent/convergent pattern of TC and corticothalamic projections, 4 distinct mechanisms of multisensory and sensorimotor interplay are proposed.

Pom1 regulates the assembly of Cdr2-Mid1 cortical nodes for robust spatial control of cytokinesis.

Proper division plane positioning is essential to achieve faithful DNA segregation and to control daughter cell size, positioning, or fate within tissues. In Schizosaccharomyces pombe, division plane positioning is controlled positively by export of the division plane positioning factor Mid1/anillin from the nucleus and negatively by the Pom1/DYRK (dual-specificity tyrosine-regulated kinase) gradients emanating from cell tips. Pom1 restricts to the cell middle cortical cytokinetic ring precursor nodes organized by the SAD-like kinase Cdr2 and Mid1/anillin through an unknown mechanism. In this study, we show that Pom1 modulates Cdr2 association with membranes by phosphorylation of a basic region cooperating with the lipid-binding KA-1 domain. Pom1 also inhibits Cdr2 interaction with Mid1, reducing its clustering ability, possibly by down-regulation of Cdr2 kinase activity. We propose that the dual regulation exerted by Pom1 on Cdr2 prevents Cdr2 assembly into stable nodes in the cell tip region where Pom1 concentration is high, which ensures proper positioning of cytokinetic ring precursors at the cell geometrical center and robust and accurate division plane positioning.

Human finger somatotopy in areas 3b, 1, and 2: A 7T fMRI study using a natural stimulus.

To study the properties of human primary somatosensory (S1) cortex as well as its role in cognitive and social processes, it is necessary to noninvasively localize the cortical representations of the body. Being arguably the most relevant body parts for tactile exploration, cortical representations of fingers are of particular interest. The aim of the present study was to investigate the cortical representation of individual fingers (D1-D5), using human touch as a stimulus. Utilizing the high BOLD sensitivity and spatial resolution at 7T, we found that each finger is represented within three subregions of S1 in the postcentral gyrus. Within each of these three areas, the fingers are sequentially organized (from D1 to D5) in a somatotopic manner. Therefore, these finger representations likely reflect distinct activations of BAs 3b, 1, and 2, similar to those described in electrophysiological work in non-human primates. Quantitative analysis of the local BOLD responses revealed that within BA3b, each finger representation is specific to its own stimulation without any cross-finger responsiveness. This finger response selectivity was less prominent in BA 1 and in BA 2. A test-retest procedure highlighted the reproducibility of the results and the robustness of the method for BA 3b. Finally, the representation of the thumb was enlarged compared to the other fingers within BAs 1 and 2. These findings extend previous human electrophysiological and neuroimaging data but also reveal differences in the functional organization of S1 in human and nonhuman primates. Hum Brain Mapp 35:213-226, 2014. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Spatial organization of nucleotide excision repair proteins after UV-induced DNA damage in the human cell nucleus.

Nucleotide excision repair (NER) is an evolutionary conserved DNA repair system that is essential for the removal of UV-induced DNA damage. In this study we investigated how NER is compartmentalized in the interphase nucleus of human cells at the ultrastructural level by using electron microscopy in combination with immunogold labeling. We analyzed the role of two nuclear compartments: condensed chromatin domains and the perichromatin region. The latter contains transcriptionally active and partly decondensed chromatin at the surface of condensed chromatin domains. We studied the distribution of the damage-recognition protein XPC and of XPA, which is a central component of the chromatin-associated NER complex. Both XPC and XPA rapidly accumulate in the perichromatin region after UV irradiation, whereas only XPC is also moderately enriched in condensed chromatin domains. These observations suggest that DNA damage is detected by XPC throughout condensed chromatin domains, whereas DNA-repair complexes seem preferentially assembled in the perichromatin region. We propose that UV-damaged DNA inside condensed chromatin domains is relocated to the perichromatin region, similar to what has been shown for DNA replication. In support of this, we provide evidence that UV-damaged chromatin domains undergo expansion, which might facilitate the translocation process. Our results offer novel insight into the dynamic spatial organization of DNA repair in the human cell nucleus.

Cerebellar cortical layers: in vivo visualization with structural high-field-strength MR imaging.

Purpose: To perform in vivo imaging of the cerebellum with an in-plane resolution of 120 mm to observe its cortical granular and molecular layers by taking advantage of the high signal-to-noise ratio and the increased magnetic susceptibility-related contrast available at high magnetic field strength such as 7 T. Materials and Methods: The study was approved by the institutional review board, and all patients provided written consent. Three healthy persons (two men, one woman; mean age, 30 years; age range, 28-31 years) underwent MR imaging with a 7-T system. Gradient-echo images (repetition time msec/echo time msec, 1000/25) of the human cerebellum were acquired with a nominal in-plane resolution of approximately 120 mum and a section thickness of 1 mm. Results: Structures with dimensions as small as 240 mum, such as the granular and molecular layers in the cerebellar cortex, were detected in vivo. The detection of these structures was confirmed by comparing the contrast obtained on T2*-weighted and phase images with that obtained on images of rat cerebellum acquired at 14 T with 30 mum in-plane resolution. Conclusion: In vivo cerebellar imaging at near-microscopic resolution is feasible at 7 T. Such detailed observation of an anatomic area that can be affected by a number of neurologic and psychiatric diseases, such as stroke, tumors, autism, and schizophrenia, could potentially provide newer markers for diagnosis and follow-up in patients with such pathologic conditions. (c) RSNA, 2010.

Stability-dependent behavioural and electro-cortical reorganizations during intentional switching between bimanual tapping modes

This study investigated behavioural and electro-cortical reorganizations accompanying intentional switching between two distinct bimanual coordination tapping modes (In-phase and Anti-phase) that differ in stability when produced at the same movement rate. We expected that switching to a less stable tapping mode (In-to-Anti switching) would lead to larger behavioural perturbations and require supplementary neural resources than switching to a more stable tapping mode (Anti-to-In switching). Behavioural results confirmed that the In-to-Anti switching lasted longer than the Anti-to-In switching. A general increase in attention-related neural activity was found at the moment of switching for both conditions. Additionally, two condition-dependent EEG reorganizations were observed. First, a specific increase in cortico-cortical coherence appeared exclusively during the In-to-Anti switching. This result may reflect a strengthening in inter-regional communication in order to engage in the subsequent, less stable, tapping mode. Second, a decrease in motor-related neural activity (increased beta spectral power) was found for the Anti-to-In switching only. The latter effect may reflect the interruption of the previous, less stable, tapping mode. Given that previous results on spontaneous Anti-to-In switching revealing an inverse pattern of EEG reorganization (decreased beta spectral power), present findings give new insight on the stability-dependent neural correlates of intentional motor switching. © 2010 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved

IMRT credentialing for prospective trials using institutional virtual phantoms: results of a joint European Organization for the Research and Treatment of Cancer and Radiological Physics Center project.

BACKGROUND AND PURPOSE: Intensity-modulated radiotherapy (IMRT) credentialing for a EORTC study was performed using an anthropomorphic head phantom from the Radiological Physics Center (RPC; RPCPH). Institutions were retrospectively requested to irradiate their institutional phantom (INSTPH) using the same treatment plan in the framework of a Virtual Phantom Project (VPP) for IMRT credentialing. MATERIALS AND METHODS: CT data set of the institutional phantom and measured 2D dose matrices were requested from centers and sent to a dedicated secure EORTC uploader. Data from the RPCPH and INSTPH were thereafter centrally analyzed and inter-compared by the QA team using commercially available software (RIT; ver.5.2; Colorado Springs, USA). RESULTS: Eighteen institutions participated to the VPP. The measurements of 6 (33%) institutions could not be analyzed centrally. All other centers passed both the VPP and the RPC ±7%/4 mm credentialing criteria. At the 5%/5 mm gamma criteria (90% of pixels passing), 11(92%) as compared to 12 (100%) centers pass the credentialing process with RPCPH and INSTPH (p = 0.29), respectively. The corresponding pass rate for the 3%/3 mm gamma criteria (90% of pixels passing) was 2 (17%) and 9 (75%; p = 0.01), respectively. CONCLUSIONS: IMRT dosimetry gamma evaluations in a single plane for a H&N prospective trial using the INSTPH measurements showed agreement at the gamma index criteria of ±5%/5 mm (90% of pixels passing) for a small number of VPP measurements. Using more stringent, criteria, the RPCPH and INSTPH comparison showed disagreement. More data is warranted and urgently required within the framework of prospective studies.

A Y-like social chromosome causes alternative colony organization in fire ants.

Intraspecific variability in social organization is common, yet the underlying causes are rarely known. In the fire ant Solenopsis invicta, the existence of two divergent forms of social organization is under the control of a single Mendelian genomic element marked by two variants of an odorant-binding protein gene. Here we characterize the genomic region responsible for this important social polymorphism, and show that it is part of a pair of heteromorphic chromosomes that have many of the key properties of sex chromosomes. The two variants, hereafter referred to as the social B and social b (SB and Sb) chromosomes, are characterized by a large region of approximately 13 megabases (55% of the chromosome) in which recombination is completely suppressed between SB and Sb. Recombination seems to occur normally between the SB chromosomes but not between Sb chromosomes because Sb/Sb individuals are non-viable. Genomic comparisons revealed limited differentiation between SB and Sb, and the vast majority of the 616 genes identified in the non-recombining region are present in the two variants. The lack of recombination over more than half of the two heteromorphic social chromosomes can be explained by at least one large inversion of around 9 megabases, and this absence of recombination has led to the accumulation of deleterious mutations, including repetitive elements in the non-recombining region of Sb compared with the homologous region of SB. Importantly, most of the genes with demonstrated expression differences between individuals of the two social forms reside in the non-recombining region. These findings highlight how genomic rearrangements can maintain divergent adaptive social phenotypes involving many genes acting together by locally limiting recombination.

Oral versus intravenous empirical antimicrobial therapy for fever in patients with granulocytopenia who are receiving cancer chemotherapy. International Antimicrobial Therapy Cooperative Group of the European Organization for Research and Treatment of Cancer.

BACKGROUND: Intravenously administered antimicrobial agents have been the standard choice for the empirical management of fever in patients with cancer and granulocytopenia. If orally administered empirical therapy is as effective as intravenous therapy, it would offer advantages such as improved quality of life and lower cost. METHODS: In a prospective, open-label, multicenter trial, we randomly assigned febrile patients with cancer who had granulocytopenia that was expected to resolve within 10 days to receive empirical therapy with either oral ciprofloxacin (750 mg twice daily) plus amoxicillin-clavulanate (625 mg three times daily) or standard daily doses of intravenous ceftriaxone plus amikacin. All patients were hospitalized until their fever resolved. The primary objective of the study was to determine whether there was equivalence between the regimens, defined as an absolute difference in the rates of success of 10 percent or less. RESULTS: Equivalence was demonstrated at the second interim analysis, and the trial was terminated after the enrollment of 353 patients. In the analysis of the 312 patients who were treated according to the protocol and who could be evaluated, treatment was successful in 86 percent of the patients in the oral-therapy group (95 percent confidence interval, 80 to 91 percent) and 84 percent of those in the intravenous-therapy group (95 percent confidence interval, 78 to 90 percent; P=0.02). The results were similar in the intention-to-treat analysis (80 percent and 77 percent, respectively; P=0.03), as were the duration of fever, the time to a change in the regimen, the reasons for such a change, the duration of therapy, and survival. The types of adverse events differed slightly between the groups but were similar in frequency. CONCLUSIONS: In low-risk patients with cancer who have fever and granulocytopenia, oral therapy with ciprofloxacin plus amoxicillin-clavulanate is as effective as intravenous therapy.

Organization and plasticity of auditory spatial representations

Spatial hearing refers to a set of abilities enabling us to determine the location of sound sources, redirect our attention toward relevant acoustic events, and recognize separate sound sources in noisy environments. Determining the location of sound sources plays a key role in the way in which humans perceive and interact with their environment. Deficits in sound localization abilities are observed after lesions to the neural tissues supporting these functions and can result in serious handicaps in everyday life. These deficits can, however, be remediated (at least to a certain degree) by the surprising capacity of reorganization that the human brain possesses following damage and/or learning, namely, the brain plasticity. In this thesis, our aim was to investigate the functional organization of auditory spatial functions and the learning-induced plasticity of these functions. Overall, we describe the results of three studies. The first study entitled "The role of the right parietal cortex in sound localization: A chronometric single pulse transcranial magnetic stimulation study" (At et al., 2011), study A, investigated the role of the right parietal cortex in spatial functions and its chronometry (i.e. the critical time window of its contribution to sound localizations). We concentrated on the behavioral changes produced by the temporarily inactivation of the parietal cortex with transcranial magnetic stimulation (TMS). We found that the integrity of the right parietal cortex is crucial for localizing sounds in the space and determined a critical time window of its involvement, suggesting a right parietal dominance for auditory spatial discrimination in both hemispaces. In "Distributed coding of the auditory space in man: evidence from training-induced plasticity" (At et al., 2013a), study B, we investigated the neurophysiological correlates and changes of the different sub-parties of the right auditory hemispace induced by a multi-day auditory spatial training in healthy subjects with electroencephalography (EEG). We report a distributed coding for sound locations over numerous auditory regions, particular auditory areas code specifically for precise parts of the auditory space, and this specificity for a distinct region is enhanced with training. In the third study "Training-induced changes in auditory spatial mismatch negativity" (At et al., 2013b), study C, we investigated the pre-attentive neurophysiological changes induced with a training over 4 days in healthy subjects with a passive mismatch negativity (MMN) paradigm. We showed that training changed the mechanisms for the relative representation of sound positions and not the specific lateralization themselves and that it changed the coding in right parahippocampal regions. - L'audition spatiale désigne notre capacité à localiser des sources sonores dans l'espace, de diriger notre attention vers les événements acoustiques pertinents et de reconnaître des sources sonores appartenant à des objets distincts dans un environnement bruyant. La localisation des sources sonores joue un rôle important dans la façon dont les humains perçoivent et interagissent avec leur environnement. Des déficits dans la localisation de sons sont souvent observés quand les réseaux neuronaux impliqués dans cette fonction sont endommagés. Ces déficits peuvent handicaper sévèrement les patients dans leur vie de tous les jours. Cependant, ces déficits peuvent (au moins à un certain degré) être réhabilités grâce à la plasticité cérébrale, la capacité du cerveau humain à se réorganiser après des lésions ou un apprentissage. L'objectif de cette thèse était d'étudier l'organisation fonctionnelle de l'audition spatiale et la plasticité induite par l'apprentissage de ces fonctions. Dans la première étude intitulé « The role of the right parietal cortex in sound localization : A chronometric single pulse study » (At et al., 2011), étude A, nous avons examiné le rôle du cortex pariétal droit dans l'audition spatiale et sa chronométrie, c'est-à- dire le moment critique de son intervention dans la localisation de sons. Nous nous sommes concentrés sur les changements comportementaux induits par l'inactivation temporaire du cortex pariétal droit par le biais de la Stimulation Transcrânienne Magnétique (TMS). Nous avons démontré que l'intégrité du cortex pariétal droit est cruciale pour localiser des sons dans l'espace. Nous avons aussi défini le moment critique de l'intervention de cette structure. Dans « Distributed coding of the auditory space : evidence from training-induced plasticity » (At et al., 2013a), étude B, nous avons examiné la plasticité cérébrale induite par un entraînement des capacités de discrimination auditive spatiale de plusieurs jours. Nous avons montré que le codage des positions spatiales est distribué dans de nombreuses régions auditives, que des aires auditives spécifiques codent pour des parties données de l'espace et que cette spécificité pour des régions distinctes est augmentée par l'entraînement. Dans « Training-induced changes in auditory spatial mismatch negativity » (At et al., 2013b), étude C, nous avons examiné les changements neurophysiologiques pré- attentionnels induits par un entraînement de quatre jours. Nous avons montré que l'entraînement modifie la représentation des positions spatiales entraînées et non-entrainées, et que le codage de ces positions est modifié dans des régions parahippocampales.

Double incretin receptor knock-out (DIRKO) mice present with alterations of trabecular and cortical micromorphology and bone strength.

A role for gut hormone in bone physiology has been suspected. We evidenced alterations of microstructural morphology (trabecular and cortical) and bone strength (both at the whole-bone - and tissue-level) in double incretin receptor knock-out (DIRKO) mice as compared to wild-type littermates. These results support a role for gut hormones in bone physiology. INTRODUCTION: The two incretins, glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP) and glucagon-like peptide-1 (GLP-1), have been shown to control bone remodeling and strength. However, lessons from single incretin receptor knock-out mice highlighted a compensatory mechanism induced by elevated sensitivity to the other gut hormone. As such, it is unclear whether the bone alterations observed in GIP or GLP-1 receptor deficient animals resulted from the lack of a functional gut hormone receptor, or by higher sensitivity for the other gut hormone. The aims of the present study were to investigate the bone microstructural morphology, as well as bone tissue properties, in double incretin receptor knock-out (DIRKO) mice. METHODS: Twenty-six-week-old DIRKO mice were age- and sex-matched with wild-type (WT) littermates. Bone microstructural morphology was assessed at the femur by microCT and quantitative X-ray imaging, while tissue properties were investigated by quantitative backscattered electron imaging and Fourier-transformed infrared microscopy. Bone mechanical response was assessed at the whole-bone- and tissue-level by 3-point bending and nanoindentation, respectively. RESULTS: As compared to WT animals, DIRKO mice presented significant augmentations in trabecular bone mass and trabecular number whereas bone outer diameter, cortical thickness, and cortical area were reduced. At the whole-bone-level, yield stress, ultimate stress, and post-yield work to fracture were significantly reduced in DIRKO animals. At the tissue-level, only collagen maturity was reduced by 9 % in DIRKO mice leading to reductions in maximum load, hardness, and dissipated energy. CONCLUSIONS: This study demonstrated the critical role of gut hormones in controlling bone microstructural morphology and tissue properties.