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.

Fate of the herbicide glyphosate and its metabolite AMPA in soils and their transfer to surface waters: A multi-scale approach in the Lavaux vineyards, western Switzerland

The use of herbicides in agriculture may lead to environmental problems, such as surface water pollution, with a potential risk for aquatic organisms. The herbicide glyphosate is the most used active ingredient in the world and in Switzerland. In the Lavaux vineyards it is nearly the only molecule applied. This work aimed at studying its fate in soils and its transfer to surface waters, using a multi-scale approach: from molecular (10-9 m) and microscopic scales (10-6 m), to macroscopic (m) and landscape ones (103 m). First of all, an analytical method was developed for the trace level quantification of this widely used herbicide and its main by-product, aminomethylphosphonic acid (AMPA). Due to their polar nature, their derivatization with 9-fluorenylmethyl chloroformate (FMOC-Cl) was done prior to their concentration and purification by solid phase extraction. They were then analyzed by ultra performance liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry (UPLC-MS/MS). The method was tested in different aqueous matrices with spiking tests and validated for the matrix effect correction in relevant environmental samples. Calibration curves established between 10 and 1000ng/l showed r2 values above 0.989, mean recoveries varied between 86 and 133% and limits of detection and quantification of the method were as low as 5 and 10ng/l respectively. At the parcel scale, two parcels of the Lavaux vineyard area, located near the Lutrive River at 6km to the east of Lausanne, were monitored to assess to which extent glyphosate and AMPA were retained in the soil or exported to surface waters. They were equipped at their bottom with porous ceramic cups and runoff collectors, which allowed retrieving water samples for the growing seasons 2010 and 2011. Results revealed that the mobility of glyphosate and AMPA in the unsaturated zone was likely driven by the precipitation regime and the soil characteristics, such as slope, porosity structure and layer permeability discrepancy. Elevated glyphosate and AMPA concentrations were measured at 60 and 80 cm depth at parcel bottoms, suggesting their infiltration in the upper parts of the parcels and the presence of preferential flow in the studied parcels. Indeed, the succession of rainy days induced the gradual saturation of the soil porosity, leading to rapid infiltration through macropores, as well as surface runoff formation. Furthermore, the presence of more impervious weathered marls at 100 cm depth induced throughflows, the importance of which for the lateral transport of the herbicide molecules was determined by the slope steepness. Important rainfall events (>10 mm/day) were clearly exporting molecules from the soil top layer, as indicated by important concentrations in runoff samples. A mass balance showed that total loss (10-20%) mainly occurred through surface runoff (96%) and, to a minor extent, by throughflows in soils (4%), with subsequent exfiltration to surface waters. Observations made in the Lutrive River revealed interesting details of glyphosate and AMPA dynamics in urbanized landscapes, such as the Lavaux vineyards. Indeed, besides their physical and chemical properties, herbicide dynamics at the catchment level strongly depend on application rates, precipitation regime, land use and also on the presence of drains or constructed channels. Elevated concentrations, up to 4970 ng/l, observed just after the application, confirmed the diffuse export of these compounds from the vineyard area by surface runoff during main rain events. From April to September 2011, a total load of 7.1 kg was calculated, with 85% coming from vineyards and minor urban sources and 15% from arable crops. Small vineyard surfaces could generate high concentrations of herbicides and contribute considerably to the total load calculated at the outlet, due to their steep slopes (~10%). The extrapolated total amount transferred yearly from the Lavaux vineyards to the Lake of Geneva was of 190kg. At the molecular scale, the possible involvement of dissolved organic matter (DOM) in glyphosate and copper transport was studied using UV/Vis fluorescence spectroscopy. Combined with parallel factor (PARAFAC) analysis, this technique allowed characterizing DOM of soil and surface water samples from the studied vineyard area. Glyphosate concentrations were linked to the fulvic-like spectroscopic signature of DOM in soil water samples, as well as to copper, suggesting the formation of ternary complexes. In surface water samples, its concentrations were also correlated to copper ones, but not in a significant way to the fulvic-like signature. Quenching experiments with standards confirmed field tendencies in the laboratory, with a stronger decrease in fluorescence intensity for fulvic-like fluorophore than for more aromatic ones. Lastly, based on maximum concentrations measured in the river, an environmental risk for these compounds was assessed, using laboratory tests and ecotoxicity data from the literature. In our case and with the methodology applied, the risk towards aquatic species was found negligible (RF<1).

Pulse oximetry for hypoxemia: a warning to users and manufacturers.

Pulse oximetry represents a major advance in patient monitoring, but measurement below 70 to 80% saturation has important limitations. Several authors have tested pulse oximetry at low saturations with conflicting results. A review of these data indicates that every patient with a pulse oximeter value below 75 to 80% SaO2 should have one or more invasive measurements of the arterial SaO2 in order to avoid undetected severe hypoxemia.

Membrane lipid composition affects plant heat sensing and modulates Ca ( 2+) -dependent heat shock response.

Understanding how plants sense and respond to heat stress is central to improve crop tolerance and productivity. Recent findings in Physcomitrella patensdemonstrated that the controlled passage of calcium ions across the plasma membrane regulates the heat shock response (HSR). To investigate the effect of membrane lipid composition on the plant HSR, we acclimated P. patens to a slightly elevated yet physiological growth temperature and analysed the signature of calcium influx under a mild heat shock. Compared to tissues grown at 22°C, tissues grown at 32°C had significantly higher overall membrane lipid saturation level and, when submitted to a short heat shock at 35°C, displayed a noticeably reduced calcium influx and a consequent reduced heat shock gene expression. These results show that temperature differences, rather than the absolute temperature, determine the extent of the plant HSR and indicate that membrane lipid composition regulates the calcium-dependent heat-signaling pathway.

Pneumocystis-carinii-Pneumonie bei Säuglingen mit vertikaler HIV-Infektion in der Schweiz [Pneumocystis carinii pneumonia in infants with vertically acquired HIV infection in Switzerland]

OBJECTIVE: Review of incidence, clinical picture, therapy, and outcome of Pneumocystis carinii pneumonia (PCP) in infants with vertically-acquired HIV infection in Switzerland. METHODS: Inquiry among members of the Swiss Pediatrics AIDS Group, review of the data base of the Swiss Neonatal HIV Study and retrospective analysis of the charts from infants with PCP. RESULTS: Since 1986 PCP has been diagnosed in 10 out of 107 infants with vertically-acquired HIV infection. PCP occurred in 7 infants at the age of 3-6 months and in 3 at the age of 9-11 months. 4 infants showed symptoms related to HIV infection before developing PCP. Before the development of PCP, infection with HIV had been ascertained in 6 infants. In 2 the diagnosis was still unclear and in the 2 remaining the risk of HIV infection was not known. None of the infants was on primary prophylaxis against PCP. Signs and symptoms of PCP included cough and tachypnea (100%) as well as high fever up to 40 degrees C (90%). Transcutaneous oxygen saturation was 70-95%. Chest X-rays revealed interstitial infiltrates in 6 infants, localized infiltrates in 2 and interstitial as well as localized infiltrates in 2. The CD4+ cell count was, with one exception, < 1500/microliters, i.e. below the normal value for age. Side effects of high dose cotrimoxazole were noted in 6 patients. 5 infants required intubation and mechanical ventilation. 4 infants died due to PCP, including 3 of those who required intubation and mechanical ventilation. CONCLUSIONS: PCP in infants with vertically-acquired HIV infection preferentially occurs at the age of 3 to 6 months and is often lethal, especially in patients requiring intubation. Evaluation for HIV infection should be done as early as possible in order to introduce primary PCP prophylaxis in infants at risk for this opportunistic infection.

Melt/peridotite interaction in the Southern Lanzo peridotite: Field, textural and geochemical evidence

This paper presents field, petrographic-structural and geochemical data on spinet and plagioclase peridotites from the southern domain of the Lanzo ophiolitic peridotite massif (Western Alps). Spinet lherzolites, harzburgites and dunites crop out at Mt. Arpone and Mt. Musine. Field evidence indicates that pristine porphyroclastic spinet lherzolites are transformed to coarse granular spinet harzburgites, which are in turn overprinted by plagioclase peridotites, while strongly depleted spinet harzburgite and dunite bands and bodies replace the plagioclase peridotites. On the northern flank of Mt. Arpone, deformed, porphyroclastic (lithospheric) lherzolites, with diffuse pyroxenite banding, represent the oldest spinel-facies rocks. They show microstructures of a composite subsolidus evolution, suggesting provenance from deeper (asthenospheric) mantle levels and accretion to the lithosphere. These protoliths are locally transformed to coarse granular (reactive) spinet harzburgites and dunites, which show textures reminiscent of melt/rock reaction and geochemical characteristics suggesting that they are products of peridotite interaction with reactively percolating melts. Geochemical data and modelling suggest that <1-5% fractional melting of spinel-facies DMM produced the injected melts. Plagioclase peridotites are hybrid rocks resulting from pre-existing spinet peridotites and variable enrichment of plagioclase and micro-gabbroic material by percolating melts. The impregnating melts attained silica-saturation, as testified by widespread orthopyroxene replacement of olivine, during open system migration in the lithosphere. At Mt. Musine, coarse granular spinet harzburgite and dunite bodies replace the plagioclase peridotites. Most of these replacive, refractory peridotites have interstitial magmatic clinopyroxene with trace element compositions in equilibrium with MORB, while some Cpx have REE-depleted patterns suggesting transient geochemical features of the migrating MORB-type melts, acquired by interaction with the ambient plagioclase peridotite. These replacive spinet harzburgite and dunite bodies are interpreted as channels exploited for focused and reactive migration of silica-undersaturated melts with aggregate MORB compositions. Such melts were unrelated to the silica-saturated melts that refertilized the pre-existing plagioclase peridotites. Finally, MORB melt migration occurred along open fractures, now recorded as gabbroic dikes. Our data document the complexity of rock-types and mantle processes in the South Lanzo peridotite massif and describe a composite tectonic and magmatic scenario that is not consistent with the ``asthenospheric scenario'' proposed by previous authors. We envisage a ``transitional scenario'' in which extending subcontinental lithospheric mantle was strongly modified (both depleted and refertilized) by early melts with MORB-affinity formed by decompression partial melting of the upwelling asthenosphere, during pre-oceanic rifting and lithospheric thinning in the Ligurian Tethys realm. (C) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Pulse oximetry and transcutaneous oxygen tension for detection of hypoxemia in critically ill infants and children.

We tested the performance of transcutaneous oxygen monitoring (TcPO2) and pulse oximetry (tcSaO2) in detecting hypoxia in critically ill neonatal and pediatric patients. In 54 patients (178 data sets) with a mean age of 2.4 years (range 1 to 19 years), arterial saturation (SaO2) ranged from 9.5 to 100%, and arterial oxygen tension (PaO2) from 16.4 to 128 mmHg. Linear correlation analysis of pulse oximetry vs measured SaO2 revealed an r value of 0.95 (p less than 0.001) with an equation of y = 21.1 + 0.749x, while PaO2 vs tcPO2 showed a correlation coefficient of r = 0.95 (p less than 0.001) with an equation of y = -1.04 + 0.876x. The mean difference between measured SaO2 and tcSaO2 was -2.74 +/- 7.69% (range +14 to - 29%) and the mean difference between PaO2 and tcPO2 was +7.43 +/- 8.57 mmHg (range -14 to +49 mmHg). Pulse oximetry was reliable at values above 65%, but was inaccurate and overestimated the arterial SaO2 at lower values. TcPO2 tended to underestimate the arterial value with increasing PaO2. Pulse oximetry had the best sensitivity to specificity ratio for hypoxia between 65 and 90% SaO2; for tcPO2 the best results were obtained between 35 and 55 mmHg PaO2.

ACID-SENSING ION CHANNELS: functional and molecular characterization in putative nociceptors, and modulation by nerve injury and serine protease

Résumé Les canaux ioniques ASICs (acid-sensing ion channels) appartiennent à la famille des canaux ENaC/Degenerin. Pour l'instant, quatre gènes (1 à 4) ont été clonés dont certains présentent des variants d'épissage. Leur activation par une acidification rapide du milieu extracellulaire génère un courant entrant transitoire essentiellement sodique accompagné pour certains types d'ASICs d'une phase soutenue. Les ASICs sont exprimés dans le système nerveux, central (SNC) et périphérique (SNP). On leur attribue un rôle dans l'apprentissage, la mémoire et l'ischémie cérébrale au niveau central ainsi que dans la nociception (douleur aiguë et inflammatoire) et la méchanotransduction au niveau périphérique. Toutefois, les données sont parfois contradictoires. Certaines études suggèrent qu'ils sont des senseurs primordiaux impliqués dans la détection de l'acidification et la douleur. D'autres études suggèrent plutôt qu'ils ont un rôle modulateur inhibiteur dans la douleur. De plus, le fait que leur activation génère majoritairement un courant transitoire alors que les fibres nerveuses impliquées dans la douleur répondent à un stimulus nocif avec une adaptation lente suggère que leurs propriétés doivent être modulés par des molécules endogènes. Dans une première partie de ma thèse, nous avons abordé la question de l'expression fonctionnelle des ASICs dans les neurones sensoriels primaires afférents du rat adulte pour clarifier le rôle des ASICs dans les neurones sensoriels. Nous avons caractérisé leurs propriétés biophysiques et pharmacologiques par la technique du patch-clamp en configuration « whole-cell ». Nous avons pu démontrer que près de 60% des neurones sensoriels de petit diamètre expriment des courants ASICs. Nous avons mis en évidence trois types de courant ASIC dans ces neurones. Les types 1 et 3 ont des propriétés compatibles avec un rôle de senseur du pH alors que le type 2 est majoritairement activé par des pH inférieurs à pH6. Le type 1 est médié par des homomers de la sous-unité ASIC1 a qui sont perméables aux Ca2+. Nous avons étudié leur co-expression avec des marqueurs des nocicepteurs ainsi que la possibilité d'induire une activité neuronale suite à une acidification qui soit dépendante des ASICs. Le but était d'associer un type de courant ASIC avec une fonction potentielle dans les neurones sensoriels. Une majorité des neurones exprimant les courants ASIC co-expriment des marqueurs des nocicepteurs. Toutefois, une plus grande proportion des neurones exprimant le type 1 n'est pas associée à la nociception par rapport aux types 2 et 3. Nous avons montré qu'il est possible d'induire des potentiels d'actions suite à une acidification. La probabilité d'induction est proportionnelle à la densité des courants ASIC et à l'acidité de la stimulation. Puis, nous avons utilisé cette classification comme un outil pour appréhender les potentielles modulations fonctionnelles des ASICs dans un model de neuropathie (spared nerve injury). Cette approche fut complétée par des expériences de «quantitative RT-PCR ». En situation de neuropathie, les courants ASIC sont dramatiquement changés au niveau de leur expression fonctionnelle et transcriptionnelle dans les neurones lésés ainsi que non-lésés. Dans une deuxième partie de ma thèse, suite au test de différentes substances sécrétées lors de l'inflammation et l'ischémie sur les propriétés des ASICs, nous avons caractérisé en détail la modulation des propriétés des courants ASICs notamment ASIC1 par les sérines protéases dans des systèmes d'expression recombinants ainsi que dans des neurones d'hippocampe. Nous avons montré que l'exposition aux sérine-protéases décale la dépendance au pH de l'activation ainsi que la « steady-state inactivation »des ASICs -1a et -1b vers des valeurs plus acidiques. Ainsi, l'exposition aux serine protéases conduit à une diminution du courant quand l'acidification a lieu à partir d'un pH7.4 et conduit à une augmentation du courant quand l'acidification alleu à partir d'un pH7. Nous avons aussi montré que cette régulation a lieu des les neurones d'hippocampe. Nos résultats dans les neurones sensoriels suggèrent que certains courants ASICs sont impliqués dans la transduction de l'acidification et de la douleur ainsi que dans une des phases du processus conduisant à la neuropathie. Une partie des courants de type 1 perméables au Ca 2+ peuvent être impliqués dans la neurosécrétion. La modulation par les sérines protéases pourrait expliquer qu'en situation d'acidose les canaux ASICs soient toujours activables. Résumé grand publique Les neurones sont les principales cellules du système nerveux. Le système nerveux est formé par le système nerveux central - principalement le cerveau, le cervelet et la moelle épinière - et le système nerveux périphérique -principalement les nerfs et les neurones sensoriels. Grâce à leur nombreux "bras" (les neurites), les neurones sont connectés entre eux, formant un véritable réseau de communication qui s'étend dans tout le corps. L'information se propage sous forme d'un phénomène électrique, l'influx nerveux (ou potentiels d'actions). A la base des phénomènes électriques dans les neurones il y a ce que l'on appelle les canaux ioniques. Un canal ionique est une sorte de tunnel qui traverse l'enveloppe qui entoure les cellules (la membrane) et par lequel passent les ions. La plupart de ces canaux sont normalement fermés et nécessitent d'être activés pour s'ouvrire et générer un influx nerveux. Les canaux ASICs sont activés par l'acidification et sont exprimés dans tout le système nerveux. Cette acidification a lieu notamment lors d'une attaque cérébrale (ischémie cérébrale) ou lors de l'inflammation. Les expériences sur les animaux ont montré que les canaux ASICs avaient entre autre un rôle dans la mort des neurones lors d'une attaque cérébrale et dans la douleur inflammatoire. Lors de ma thèse je me suis intéressé au rôle des ASICs dans la douleur et à l'influence des substances produites pendant l'inflammation sur leur activation par l'acidification. J'ai ainsi pu montrer chez le rat que la majorité des neurones sensoriels impliqués dans la douleur ont des canaux ASICs et que l'activation de ces canaux induit des potentiels d'action. Nous avons opéré des rats pour qu'ils présentent les symptômes d'une maladie chronique appelée neuropathie. La neuropathie se caractérise par une plus grande sensibilité à la douleur. Les rats neuropathiques présentent des changements de leurs canaux ASICs suggérant que ces canaux ont une peut-être un rôle dans la genèse ou les symptômes de cette maladie. J'ai aussi montré in vitro qu'un type d'enryme produit lors de l'inflammation et l'ischémie change les propriétés des ASICs. Ces résultats confirment un rôle des ASICs dans la douleur suggérant notamment un rôle jusque là encore non étudié dans la douleur neuropathique. De plus, ces résultats mettent en évidence une régulation des ASICs qui pourrait être importante si elle se confirmait in vivo de part les différents rôles des ASICs. Abstract Acid-sensing ion channels (ASICs) are members of the ENaC/Degenerin superfamily of ion channels. Their activation by a rapid extracellular acidification generates a transient and for some ASIC types also a sustained current mainly mediated by Na+. ASICs are expressed in the central (CNS) and in the peripheral (PNS) nervous system. In the CNS, ASICs have a putative role in learning, memory and in neuronal death after cerebral ischemia. In the PNS, ASICs have a putative role in nociception (acute and inflammatory pain) and in mechanotransduction. However, studies on ASIC function are somewhat controversial. Some studies suggest a crucial role of ASICs in transduction of acidification and in pain whereas other studies suggest rather a modulatory inhibitory role of ASICs in pain. Moreover, the basic property of ASICs, that they are activated only transiently is irreconcilable with the well-known property of nociception that the firing of nociceptive fibers demonstrated very little adaptation. Endogenous molecules may exist that can modulate ASIC properties. In a first part of my thesis, we addressed the question of the functional expression of ASICs in adult rat dorsal root ganglion (DRG) neurons. Our goal was to elucidate ASIC roles in DRG neurons. We characterized biophysical and pharmacological properties of ASIC currents using the patch-clamp technique in the whole-cell configuration. We observed that around 60% of small-diameter sensory neurons express ASICs currents. We described in these neurons three ASIC current types. Types 1 and 3 have properties compatible with a role of pH-sensor whereas type 2 is mainly activated by pH lower than pH6. Type 1 is mediated by ASIC1a homomultimers which are permeable to Ca 2+. We studied ASIC co-expression with nociceptor markers. The goal was to associate an ASIC current type with a potential function in sensory neurons. Most neurons expressing ASIC currents co-expressed nociceptor markers. However, a higher proportion of the neurons expressing type 1 was not associated with nociception compared to type 2 and -3. We completed this approach with current-clamp measurements of acidification-induced action potentials (APs). We showed that activation of ASICs in small-diameter neurons can induce APs. The probability of AP induction is positively correlated with the ASIC current density and the acidity of stimulation. Then, we used this classification as a tool to characterize the potential functional modulation of ASICs in the spared nerve injury model of neuropathy. This approach was completed by quantitative RT-PCR experiments. ASICs current expression was dramatically changed at the functional and transcriptional level in injured and non-injured small-diameter DRG neurons. In a second part of my thesis, following an initial screening of the effect of various substances secreted during inflammation and ischemia on ASIC current properties, we characterized in detail the modulation of ASICs, in particular of ASIC1 by serine proteases in a recombinant expression system as well as in hippocampal neurons. We showed that protease exposure shifts the pH dependence of ASIC1 activation and steady-state inactivation to more acidic pH. As a consequence, protease exposure leads to a decrease in the current response if ASIC1 is activated by a pH drop from pH 7.4. If, however, acidification occurs from a basal pH of 7, protease-exposed ASIC1a shows higher activity than untreated ASIC1a. We provided evidence that this bi-directional regulation of ASIC1a function also occurs in hippocampal neurons. Our results in DRG neurons suggest that some ASIC currents are involved in the transduction of peripheral acidification and pain. Furthermore, ASICs may participate to the processes leading to neuropathy. Some Ca 2+-permeable type 1 currents may be involved in neurosecretion. ASIC modulation by serine proteases may be physiologically relevant, allowing ASIC activation under sustained slightly acidic conditions.

Levosimendan as rescue therapy after surgery for congenital heart disease

Objectives: Levosimendan, a calcium-sensitizing agent has been reported as useful for the management of patients with low cardiac output state. We report here our experience, safety and efficacy of use of levosimendan as rescue therapy after surgery for congenital heart disease. Methods: Retrospective cohort study on patients necessitating levosimendan therapy for post operative low cardiac output or severe post operative systolic and diastolic dysfunction. Twelve patients with a mean age of 2.1 years (range 7 days - 14 years old) received levosimendan. Type of surgery: 3 arterial switch, 3 correction of complete abnormal pulmonary venous return, 3 closure of VSD and correction of aortic coarctation, 3 Tetralogy of Fallot, one correction of truncus arteriosus and one palliation for single ventricle. The mean time of ECC was 203 +/- 81min. Ten patients received levosimendan for low cardiac output not responding to conventional therapy in these cases (milrinone, dopamine and noradrenaline) in the first 6 hours following entry in the ICU and 3 patients received levosimendan 3-4 days after surgery for severe systolic and diastolic dysfunction. Levosimendan was given as a drip for 24-48 hours at the dose of 0.1-0.2 mcg/ kg/min, without loading dose. Results: Significant changes were noted on mean plasmatic lactate (3.3 +/- 1.7mmole/L vs 1.8 +/-0.6mmole/L, p+0.01), mean central venous saturation (55 +/- 11% vs 68 +/- 10%, p+0.01) and mean arterio-venous difference in CO2 (9.6 +/- 4.9mmHg vs 6.7 +/- 2.1mmHg, p+0.05) for values before and at the end of levosimendan administration. There was no significant changes on heart rate, systolic pressure or central venous pressure. No adverse effect was observed. Conclusion: Levosimendan, used as rescue therapy after surgery for congenital heart disease, is safe and improves cardiac output as demonstrated with improvement of parameters commonly used clinically.

The effect of positive airway pressure during pre-oxygenation and induction of anaesthesia upon duration of non-hypoxic apnoea

Résumé de l'étude. L'application d'une pression positive (PEEP) pendant la phase d'induction d'une anesthésie générale peut prévenir la formation d'atélectasies pulmonaires. Ceci pourrait permettre d'accroître la durée d'apnée non hypoxique par l'augmentation de la capacité pulmonaire résiduelle fonctionnelle (CRF). Nous avons étudié le bénéfice de l'application d'une PEEP durant la phase d'induction d'une anesthésie générale sur la durée d'apnée avant que la saturation périphérique en oxygène atteigne 90%. Quarante patients ASA I-II ont été randomisés en deux groupes distincts. - Dans le groupe PEEP (n=20), les patients ont été pré-oxygénés durant 5 minutes avec une Fi02 à l00% par l'intermédiaire d'un appareil de CPAP (6cmH2O). Après induction de l'anesthésie, les patients furent ventilés mécaniquement (PEEP 6cmH2O) durant 5 minutes supplémentaires. - Dans le groupe ZEEP (n=20), aucune pression positive (ni CPAP, ni PEEP) ne fut utilisée. La durée d'apnée pour atteindre une saturation périphérique de 90% fut mesurée. La durée d'apnée non hypoxique était plus longue dans le groupe PEEP par rapport au groupe ZEEP (599 +/- 135 s vs 470 +/- 150 s, p= 0,007). Nous concluons que l'application d'une pression positive durant la phase d'induction d'une anesthésie générale chez l'adulte prolonge la durée d'apnée non hypoxique de plus de 2 minutes.

Transcutaneous carbon dioxide pressure for monitoring patients with severe croup.

In a prospective investigation of 17 children with severe croup, we analyzed the effect of epinephrine inhalations and mild sedation with chloral hydrate on transcutaneous carbon dioxide pressure (tcPCO2), pulse oximetry measurements, and croup scores. There was a highly significant reduction (p less than 0.001) in the tcPCO2 values and croup scores after inhalation of epinephrine. The changes in the tcPCO2 values correlated with the clinical findings. Mild sedation also significantly improved the croup scores but failed to influence the tcPCO2 values. There was not statistically significant difference in pulse oximetry saturation, fraction of administered oxygen, heart rate, or respiratory rate before and after inhalation of epinephrine or chloral hydrate administration. Monitoring tcPCO2 appears to be a reliable and objective tool for managing patients with upper airway obstruction, whereas croup scores may be misleading.

The kinetic parameters and energy cost of the Hsp70 chaperone as a polypeptide unfoldase.

Hsp70-Hsp40-NEF and possibly Hsp100 are the only known molecular chaperones that can use the energy of ATP to convert stably pre-aggregated polypeptides into natively refolded proteins. However, the kinetic parameters and ATP costs have remained elusive because refolding reactions have only been successful with a molar excess of chaperones over their polypeptide substrates. Here we describe a stable, misfolded luciferase species that can be efficiently renatured by substoichiometric amounts of bacterial Hsp70-Hsp40-NEF. The reactivation rates increased with substrate concentration and followed saturation kinetics, thus allowing the determination of apparent V(max)' and K(m)' values for a chaperone-mediated renaturation reaction for the first time. Under the in vitro conditions used, one Hsp70 molecule consumed five ATPs to effectively unfold a single misfolded protein into an intermediate that, upon chaperone dissociation, spontaneously refolded to the native state, a process with an ATP cost a thousand times lower than expected for protein degradation and resynthesis.

L'agitation postopératoire en salle de réveil

L'agitation postopératoire chez les patients adultes dans les premières heures après le réveil¦est un domaine peu étudié. Nous avons effectué des recherches pour trouver des études¦concernant l'agitation postopératoire sur Pubmed pour les 10 dernières années. Les termes de¦recherche étaient agitation, emergence delirium, facteurs de risques (anglais : risk factors),¦agitation treatment, Riker scale. Ceci n'a permis de trouver que 2 études à propos de ce sujet.¦Pourtant, elle concerne environ 5% (1) (2) des patients adultes opérés, ce qui n'est pas¦négligeable.¦En effet, elle peut avoir de sérieuses conséquences en terme de lésions des patients¦(arrachement de cathéter, de tube d'intubation) ou du personnel soignant, ainsi qu'en terme de¦coûts occasionnés par les différentes complications.¦Selon l'étude de Lepousé (1) et l'étude de Radtke (2), certains facteurs seraient déterminants¦dans la survenue de l'agitation postopératoire, dont quelques-uns sont évitables.¦Dans l'étude observationnelle prospective de Radtke (2), il a déjà été démontré que l'âge était¦en lien avec l'agitation postopératoire. Les tranches d'âge les plus à risque sont : les moins de¦40 ans (18-39 ans) (OR=2.1, CI=1.1-3.8, p=0.02) et les plus de 64 ans (OR=2.1, CI=1.1-3.4,¦p=0.02). Les études de Lepousé (1) et de Radtke (2) ont montré que la prémédication par¦benzodiazépines pourrait aussi être un facteur de risque (Lepousé (1): CI=1.1-3.3, p=0.02)¦(Radtke (2): OR=2.4, CI=1.0-5.6, p≤0.05). L'intensité de la douleur est également liée à la¦survenue d'une agitation postopératoire (OR=1.8, CI=1.0-3.0, p<0.04) (2). D'autres facteurs¦comme certains médicaments utilisés lors de l'anesthésie (l'étomidate) (2), le type de¦chirurgie [abdominale (1) (2), musculosquelettique (2), de la tête et du cou(2), de la¦poitrine(1)] seraient en lien avec la survenue d'une agitation postopératoire.¦4¦Il restait toutefois beaucoup de facteurs dont la relation avec l'agitation postopératoire n'avait¦pas été évaluée ou dont l'étude n'a pas eu de résultat significatif [par exemple, les¦benzodiazépines à long terme (1), ou l'anesthésie locorégionale(2)].¦Le but de cette étude était premièrement de déterminer si la fréquence de l'agitation¦postopératoire dans la population prise en compte ici est comparable à celle observée dans les¦études de Radtke et de Lepousé.¦Ensuite il s'agissait d'identifier, lors d'agitation postopératoire chez des patients adultes,¦parmi certains facteurs possibles, ceux pouvant être en lien avec l'agitation postopératoire, et¦s'ils étaient similaires à ceux retrouvés dans les études déjà publiées.¦Les comorbidités sont un de ces facteurs. La dose de benzodiazépines dans les 24 heures¦précédent l'intervention, ainsi que les benzodiazépines en médication chronique, par un effet¦paradoxal, pourraient être en lien avec un état d'agitation. Dans le même ordre d'idée, nous¦avons comparé le type d'anesthésie utilisé, locorégionale versus générale ou combinée, avec¦la survenue de cet état. Nous nous sommes aussi penchés sur la dose intraopératoire totale¦d'opioïdes et l'administration intraopératoire d'atropine, médicaments largement utilisés lors¦des interventions, et qui seraient des facteurs modifiables si une relation avec l'agitation était¦démontrée. Enfin, l'hypotension intraopératoire provoquant une hypoperfusion cérébrale¦relative pourrait être liée à la survenue d'une agitation postopératoire.¦Nous avons également observé d'autres variables, comme l'intensité de la douleur, déjà¦démontrée comme étant en rapport avec l'agitation postopératoire, et l'hypoxie¦intraopératoire, qui pourrait favoriser une hypoxie cérébrale, et par là une agitation.¦Enfin, nous avons cherché s'il existe un lien entre la survenue d'une agitation postopératoire¦et d'un état confusionnel postopératoire, c'est-à-dire se développant dans la semaine suivant¦l'opération, une question qui n'avait pas encore été étudiée.

Quantitative multi-parameter mapping of R1, PD(*), MT, and R2(*) at 3T: a multi-center validation.

Multi-center studies using magnetic resonance imaging facilitate studying small effect sizes, global population variance and rare diseases. The reliability and sensitivity of these multi-center studies crucially depend on the comparability of the data generated at different sites and time points. The level of inter-site comparability is still controversial for conventional anatomical T1-weighted MRI data. Quantitative multi-parameter mapping (MPM) was designed to provide MR parameter measures that are comparable across sites and time points, i.e., 1 mm high-resolution maps of the longitudinal relaxation rate (R1 = 1/T1), effective proton density (PD(*)), magnetization transfer saturation (MT) and effective transverse relaxation rate (R2(*) = 1/T2(*)). MPM was validated at 3T for use in multi-center studies by scanning five volunteers at three different sites. We determined the inter-site bias, inter-site and intra-site coefficient of variation (CoV) for typical morphometric measures [i.e., gray matter (GM) probability maps used in voxel-based morphometry] and the four quantitative parameters. The inter-site bias and CoV were smaller than 3.1 and 8%, respectively, except for the inter-site CoV of R2(*) (<20%). The GM probability maps based on the MT parameter maps had a 14% higher inter-site reproducibility than maps based on conventional T1-weighted images. The low inter-site bias and variance in the parameters and derived GM probability maps confirm the high comparability of the quantitative maps across sites and time points. The reliability, short acquisition time, high resolution and the detailed insights into the brain microstructure provided by MPM makes it an efficient tool for multi-center imaging studies.

Mechanisms underlying functional recovery after in vivo focal cerebral ischemia : from preconditioning to diffusion MRI

Version abregée L'ischémie cérébrale est la troisième cause de mort dans les pays développés, et la maladie responsable des plus sérieux handicaps neurologiques. La compréhension des bases moléculaires et anatomiques de la récupération fonctionnelle après l'ischémie cérébrale est donc extrêmement importante et représente un domaine d'intérêt crucial pour la recherche fondamentale et clinique. Durant les deux dernières décennies, les chercheurs ont tenté de combattre les effets nocifs de l'ischémie cérébrale à l'aide de substances exogènes qui, bien que testées avec succès dans le domaine expérimental, ont montré un effet contradictoire dans l'application clinique. Une approche différente mais complémentaire est de stimuler des mécanismes intrinsèques de neuroprotection en utilisant le «modèle de préconditionnement» : une brève insulte protège contre des épisodes d'ischémie plus sévères à travers la stimulation de voies de signalisation endogènes qui augmentent la résistance à l'ischémie. Cette approche peut offrir des éléments importants pour clarifier les mécanismes endogènes de neuroprotection et fournir de nouvelles stratégies pour rendre les neurones et la glie plus résistants à l'attaque ischémique cérébrale. Dans un premier temps, nous avons donc étudié les mécanismes de neuroprotection intrinsèques stimulés par la thrombine, un neuroprotecteur «préconditionnant» dont on a montré, à l'aide de modèles expérimentaux in vitro et in vivo, qu'il réduit la mort neuronale. En appliquant une technique de microchirurgie pour induire une ischémie cérébrale transitoire chez la souris, nous avons montré que la thrombine peut stimuler les voies de signalisation intracellulaire médiées par MAPK et JNK par une approche moléculaire et l'analyse in vivo d'un inhibiteur spécifique de JNK (L JNK) .Nous avons également étudié l'impact de la thrombine sur la récupération fonctionnelle après une attaque et avons pu démontrer que ces mécanismes moléculaires peuvent améliorer la récupération motrice. La deuxième partie de cette étude des mécanismes de récupération après ischémie cérébrale est basée sur l'investigation des bases anatomiques de la plasticité des connections cérébrales, soit dans le modèle animal d'ischémie transitoire, soit chez l'homme. Selon des résultats précédemment publiés par divers groupes ,nous savons que des mécanismes de plasticité aboutissant à des degrés divers de récupération fonctionnelle sont mis enjeu après une lésion ischémique. Le résultat de cette réorganisation est une nouvelle architecture fonctionnelle et structurelle, qui varie individuellement selon l'anatomie de la lésion, l'âge du sujet et la chronicité de la lésion. Le succès de toute intervention thérapeutique dépendra donc de son interaction avec la nouvelle architecture anatomique. Pour cette raison, nous avons appliqué deux techniques de diffusion en résonance magnétique qui permettent de détecter les changements de microstructure cérébrale et de connexions anatomiques suite à une attaque : IRM par tenseur de diffusion (DT-IR1V) et IRM par spectre de diffusion (DSIRM). Grâce à la DT-IRM hautement sophistiquée, nous avons pu effectuer une étude de follow-up à long terme chez des souris ayant subi une ischémie cérébrale transitoire, qui a mis en évidence que les changements microstructurels dans l'infarctus ainsi que la modification des voies anatomiques sont corrélés à la récupération fonctionnelle. De plus, nous avons observé une réorganisation axonale dans des aires où l'on détecte une augmentation d'expression d'une protéine de plasticité exprimée dans le cône de croissance des axones (GAP-43). En appliquant la même technique, nous avons également effectué deux études, rétrospective et prospective, qui ont montré comment des paramètres obtenus avec DT-IRM peuvent monitorer la rapidité de récupération et mettre en évidence un changement structurel dans les voies impliquées dans les manifestations cliniques. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons décrit la manière dont la DS-IRM peut être appliquée dans le domaine expérimental et clinique pour étudier la plasticité cérébrale après ischémie. Abstract Ischemic stroke is the third leading cause of death in developed countries and the disease responsible for the most serious long-term neurological disability. Understanding molecular and anatomical basis of stroke recovery is, therefore, extremely important and represents a major field of interest for basic and clinical research. Over the past 2 decades, much attention has focused on counteracting noxious effect of the ischemic insult with exogenous substances (oxygen radical scavengers, AMPA and NMDA receptor antagonists, MMP inhibitors etc) which were successfully tested in the experimental field -but which turned out to have controversial effects in clinical trials. A different but complementary approach to address ischemia pathophysiology and treatment options is to stimulate and investigate intrinsic mechanisms of neuroprotection using the "preconditioning effect": applying a brief insult protects against subsequent prolonged and detrimental ischemic episodes, by up-regulating powerful endogenous pathways that increase resistance to injury. We believe that this approach might offer an important insight into the molecular mechanisms responsible for endogenous neuroprotection. In addition, results from preconditioning model experiment may provide new strategies for making brain cells "naturally" more resistant to ischemic injury and accelerate their rate of functional recovery. In the first part of this work, we investigated down-stream mechanisms of neuroprotection induced by thrombin, a well known neuroprotectant which has been demonstrated to reduce stroke-induced cell death in vitro and in vivo experimental models. Using microsurgery to induce transient brain ischemia in mice, we showed that thrombin can stimulate both MAPK and JNK intracellular pathways through a molecular biology approach and an in vivo analysis of a specific kinase inhibitor (L JNK1). We also studied thrombin's impact on functional recovery demonstrating that these molecular mechanisms could enhance post-stroke motor outcome. The second part of this study is based on investigating the anatomical basis underlying connectivity remodeling, leading to functional improvement after stroke. To do this, we used both a mouse model of experimental ischemia and human subjects with stroke. It is known from previous data published in literature, that the brain adapts to damage in a way that attempts to preserve motor function. The result of this reorganization is a new functional and structural architecture, which will vary from patient to patient depending on the anatomy of the damage, the biological age of the patient and the chronicity of the lesion. The success of any given therapeutic intervention will depend on how well it interacts with this new architecture. For this reason, we applied diffusion magnetic resonance techniques able to detect micro-structural and connectivity changes following an ischemic lesion: diffusion tensor MRI (DT-MRI) and diffusion spectrum MRI (DS-MRI). Using DT-MRI, we performed along-term follow up study of stroke mice which showed how diffusion changes in the stroke region and fiber tract remodeling is correlating with stroke recovery. In addition, axonal reorganization is shown in areas of increased plasticity related protein expression (GAP 43, growth axonal cone related protein). Applying the same technique, we then performed a retrospective and a prospective study in humans demonstrating how specific DTI parameters could help to monitor the speed of recovery and show longitudinal changes in damaged tracts involved in clinical symptoms. Finally, in the last part of this study we showed how DS-MRI could be applied both to experimental and human stroke and which perspectives it can open to further investigate post stroke plasticity.