Visual functions in the healthy and schizophrenic brain : from stimulus control to illusory perceptions using electrical neuroimaging

ABSTRACT (FRENCH)Ce travail de thèse basé sur le système visuel chez les sujets sains et chez les patients schizophrènes, s'articule autour de trois articles scientifiques publiés ou en cours de publication. Ces articles traitent des sujets suivants : le premier article présente une nouvelle méthode de traitement des composantes physiques des stimuli (luminance et fréquence spatiale). Le second article montre, à l'aide d'analyses de données EEG, un déficit de la voie magnocellulaire dans le traitement visuel des illusions chez les patients schizophrènes. Ceci est démontré par l'absence de modulation de la composante PI chez les patients schizophrènes contrairement aux sujets sains. Cette absence est induite par des stimuli de type illusion Kanizsa de différentes excentricités. Finalement, le troisième article, également à l'aide de méthodes de neuroimagerie électrique (EEG), montre que le traitement des contours illusoires se trouve dans le complexe latéro-occipital (LOC), à l'aide d'illusion « misaligned gratings ». De plus il révèle que les activités démontrées précédemment dans les aires visuelles primaires sont dues à des inférences « top- down ».Afin de permettre la compréhension de ces trois articles, l'introduction de ce manuscrit présente les concepts essentiels. De plus des méthodes d'analyses de temps-fréquence sont présentées. L'introduction est divisée en quatre parties : la première présente le système visuel depuis les cellules retino-corticales aux deux voix du traitement de l'information en passant par les régions composant le système visuel. La deuxième partie présente la schizophrénie par son diagnostic, ces déficits de bas niveau de traitement des stimuli visuel et ces déficits cognitifs. La troisième partie présente le traitement des contours illusoires et les trois modèles utilisés dans le dernier article. Finalement, les méthodes de traitement des données EEG seront explicitées, y compris les méthodes de temps-fréquences.Les résultats des trois articles sont présentés dans le chapitre éponyme (du même nom). De plus ce chapitre comprendra les résultats obtenus à l'aide des méthodes de temps-fréquenceFinalement, la discussion sera orientée selon trois axes : les méthodes de temps-fréquence ainsi qu'une proposition de traitement de ces données par une méthode statistique indépendante de la référence. La discussion du premier article en montrera la qualité du traitement de ces stimuli. La discussion des deux articles neurophysiologiques, proposera de nouvelles d'expériences afin d'affiner les résultats actuels sur les déficits des schizophrènes. Ceci pourrait permettre d'établir un marqueur biologique fiable de la schizophrénie.ABSTRACT (ENGLISH)This thesis focuses on the visual system in healthy subjects and schizophrenic patients. To address this research, advanced methods of analysis of electroencephalographic (EEG) data were used and developed. This manuscript is comprised of three scientific articles. The first article showed a novel method to control the physical features of visual stimuli (luminance and spatial frequencies). The second article showed, using electrical neuroimaging of EEG, a deficit in spatial processing associated with the dorsal pathway in chronic schizophrenic patients. This deficit was elicited by an absent modulation of the PI component in terms of response strength and topography as well as source estimations. This deficit was orthogonal to the preserved ability to process Kanizsa-type illusory contours. Finally, the third article resolved ongoing debates concerning the neural mechanism mediating illusory contour sensitivity by using electrical neuroimaging to show that the first differentiation of illusory contour presence vs. absence is localized within the lateral occipital complex. This effect was subsequent to modulations due to the orientation of misaligned grating stimuli. Collectively, these results support a model where effects in V1/V2 are mediated by "top-down" modulation from the LOC.To understand these three articles, the Introduction of this thesis presents the major concepts used in these articles. Additionally, a section is devoted to time-frequency analysis methods not presented in the articles themselves. The introduction is divided in four parts. The first part presents three aspects of the visual system: cellular, regional, and its functional interactions. The second part presents an overview of schizophrenia and its sensoiy-cognitive deficits. The third part presents an overview of illusory contour processing and the three models examined in the third article. Finally, advanced analysis methods for EEG are presented, including time- frequency methodology.The Introduction is followed by a synopsis of the main results in the articles as well as those obtained from the time-frequency analyses.Finally, the Discussion chapter is divided along three axes. The first axis discusses the time frequency analysis and proposes a novel statistical approach that is independent of the reference. The second axis contextualizes the first article and discusses the quality of the stimulus control and direction for further improvements. Finally, both neurophysiologic articles are contextualized by proposing future experiments and hypotheses that may serve to improve our understanding of schizophrenia on the one hand and visual functions more generally.

Epidermal growth factor and bovine growth hormone stimulate differentiation and myelination of brain cell aggregates in culture.

Bovine growth hormone (bGH) and epidermal growth factor (EGF) increased the activity of ornithine decarboxylase (ODC) in brain cell aggregates cultured in a serum-free chemically defined medium. ODC is considered as a marker of cell growth and differentiation. The effect of bGH and EGF on myelination was investigated by measuring two myelin markers, 2',3'-cyclic nucleotide 3'-phosphodiesterase (CNP) and myelin basic protein (MBP). EGF treatment at days 2 and 5 caused a dose-dependent increase of both myelin markers at culture day 12. This increase could still be observed at culture day 19, indicating a prolonged action of EGF. The continual presence of bGH in the culture medium produced a large accumulation of MBP at day 19. This effect was dose-dependent and required the presence of triiodothyronine (T3). In contrast, the effect of bGH on CNP activity did not require the presence of T3. This is the first report showing a direct effect of bGH on CNS myelination in vitro and of EGF on both MBP accumulation and ODC activity.

Increased plasma levels of N-terminal brain natriuretic peptide (NT-proBNP) in type 2 diabetic patients with vascular complications

Résumé : Les concentrations plasmatiques du peptide natriurétique de type B sont augmentées chez les diabétiques de type 2 atteints de complications vasculaires. But : Les concentrations plasmatiques du peptide natriurétique de type B (NT-proBNP) sont augmentées chez les diabétiques de type 2 atteints de complications vasculaires. Les concentrations plasmatiques du peptide natriurétique de type B (BNP), ou de sa pro-hormone (NT-proBNP), sont reconnues depuis peu comme marqueur de choix de la dysfonction cardiaque. Les diabétiques de type 2 sont à haut risque de développer des complications cardiovasculaires. L'objectif de cette étude a été de déterminer si les concentrations plasmatiques de NT-proBNP étaient comparables chez des diabétiques de type 2 avec ou sans complications vasculaires. Méthodes : Nous avons mesuré le NT-proBNP plasmatique chez 54 diabétiques de type 2, 27 sans complications micro- ou macrovasculaires et 27 présentant des complications soit micro- soit macrovasculaires, soit les deux. Le même dosage a été effectué chez 38 témoins sains, appariés pour l'âge et le sexe avec les diabétiques. Résultat : Le NT-proBNP plasmatique était plus élevé chez les diabétiques avec complications (médiane 121 pg/ml, intervalle interquartile 50-240 pg/ml) que chez ceux sans complications (37 pg/ml, 21-54 pg/ml, P < 0,01). Comparés au groupe témoin (55 pg/ml, 40-79 pg/ml), seuls les diabétiques avec complications vasculaires avaient un NT-proBNP plasmatique significativement augmenté (P < 0,001). Chez les diabétiques la maladie coronarienne et la néphropathie (définie selon l'excrétion urinaire d'albumine) étaient chacune associée de façon indépendante avec une augmentation des concentrations plasmatiques de NT-proBNP. Conclusion : Chez les diabétiques de type 2 souffrant de complications micro- ou macrovasculaires, les concentrations plasmatiques de NT-proBNP sont augmentées par rapport à celles des malades indemnes de complications vasculaires. L'augmentation de sécrétion de ce peptide est associée de façon indépendante avec la maladie coronarienne et la néphropathie. La mesure du NT-proBNP plasmatique pourrait donc être utile pour dépister la présence de complications micro- ou macrovasculaires.

On the origin of the MR image phase contrast: an in vivo MR microscopy study of the rat brain at 14.1 T.

Recent studies at high magnetic fields using the phase of gradient-echo MR images have shown the ability to unveil cortical substructure in the human brain. To investigate the contrast mechanisms in phase imaging, this study extends, for the first time, phase imaging to the rodent brain. Using a 14.1 T horizontal bore animal MRI scanner for in vivo micro-imaging, images with an in-plane resolution of 33 microm were acquired. Phase images revealed, often more clearly than the corresponding magnitude images, hippocampal fields, cortical layers (e.g. layer 4), cerebellar layers (molecular and granule cell layers) and small white matter structures present in the striatum and septal nucleus. The contrast of the phase images depended in part on the orientation of anatomical structures relative to the magnetic field, consistent with bulk susceptibility variations between tissues. This was found not only for vessels, but also for white matter structures, such as the anterior commissure, and cortical layers in the cerebellum. Such susceptibility changes could result from variable blood volume. However, when the deoxyhemoglobin content was reduced by increasing cerebral blood flow (CBF) with a carbogen breathing challenge, contrast between white and gray matter and cortical layers was not affected, suggesting that tissue cerebral blood volume (and therefore deoxyhemoglobin) is not a major source of the tissue phase contrast. We conclude that phase variations in gradient-echo images are likely due to susceptibility shifts of non-vascular origin.

Can GAP-43 interact with brain spectrin?

The growth-associated and presynaptic protein GAP-43 is important for axonal growth during brain development, for synaptic plasticity and in axonal regeneration [Benowitz, Routtenberg, TINS 12 (1987) 527]. It has been speculated that such growth may be mediated by cytoskeletal proteins. However, the interaction of GAP-43 with proteins of the presynaptic terminals is poorly characterized. Here, we analyze GAP-43 binding to cytoskeletal proteins by two different biochemical assays, by blot overlay and sedimentation. We find that immobilized brain spectrin (BS) is able to bind GAP-43. In contrast, little binding was observed to microtubule proteins and other elements of the cytoskeleton. Since GAP-43 is located presynaptically, it may bind to the presynaptic form of BS (SpIISigma1). It is attractive to think that such an interaction would participate in the structural plasticity observed in growth cones and adult synapses.

Epidermal growth factor (EGF) stimulation of cultured brain cells. II. Increased production of extracellular soluble proteins.

The production of extracellular soluble proteins was studied in serum-free aggregating cell cultures of fetal rat telencephalon labeled on culture day 7 with a mixture of radioactive amino acid precursors. Cultures treated continuously with epidermal growth factor (EGF; 20 ng/ml) showed a generally increased protein secretion and a particularly enhanced production of a few distinct extracellular proteins. The time lag of this response after an initial dose of EGF (25 ng/ml) on day 7 was 48 h. The total macromolecular radioactivity that accumulated within 96 h of labeling in the media of EGF-treated cultures was 175% of untreated controls, whereas no difference was found in the proportions of intracellular amino acid incorporation. Cultures which received a single dose of EGF (25 ng/ml) on day 1 showed still a greatly increased protein secretion on day 7. Prevention of extracellular protein accumulation by reducing the initial cell number and increasing the rate of media changes did not affect the EGF-induced stimulation of the two glial enzymes, glutamine synthetase and 2',3'-cyclic nucleotide 3'-phosphohydrolase. The results suggest that both the increased production of extracellular proteins and the enhanced development of glial enzymatic activities reflect the stimulated phenotypic expression of EGF-sensitive brain cells.

Transcranial Doppler after traumatic brain injury: is there a role?

PURPOSE OF REVIEW: To present the practical aspects of transcranial Doppler (TCD) and provide evidence supporting its use for the management of traumatic brain injury (TBI) patients. RECENT FINDINGS: TCD measures systolic, mean, and diastolic cerebral blood flow (CBF) velocities and calculates the pulsatility index from basal intracranial arteries. These variables reflect the brain circulation, provided there is control of potential confounding factors. TCD can be useful in patients with severe TBI to detect low CBF, for example, during intracranial hypertension, and to assess cerebral autoregulation. In the emergency room, TCD might complement brain computed tomography (CT) scan and clinical examination to screen patients at risk for further neurological deterioration after mild-to-moderate TBI. SUMMARY: The diagnostic value of TCD should be incorporated into other findings from multimodal brain monitoring and CT scan to optimize the bedside management of patients with TBI and help guide the choice of appropriate therapies.

Brain natriuretic peptide is able to stimulate cardiac progenitor cell proliferation and differentiation in murine hearts after birth.

Brain natriuretic peptide (BNP) contributes to heart formation during embryogenesis. After birth, despite a high number of studies aimed at understanding by which mechanism(s) BNP reduces myocardial ischemic injury in animal models, the actual role of this peptide in the heart remains elusive. In this study, we asked whether BNP treatment could modulate the proliferation of endogenous cardiac progenitor cells (CPCs) and/or their differentiation into cardiomyocytes. CPCs expressed the NPR-A and NPR-B receptors in neonatal and adult hearts, suggesting their ability to respond to BNP stimulation. BNP injection into neonatal and adult unmanipulated mice increased the number of newly formed cardiomyocytes (neonatal: +23 %, p = 0.009 and adult: +68 %, p = 0.0005) and the number of proliferating CPCs (neonatal: +142 %, p = 0.002 and adult: +134 %, p = 0.04). In vitro, BNP stimulated CPC proliferation via NPR-A and CPC differentiation into cardiomyocytes via NPR-B. Finally, as BNP might be used as a therapeutic agent, we injected BNP into mice undergoing myocardial infarction. In pathological conditions, BNP treatment was cardioprotective by increasing heart contractility and reducing cardiac remodelling. At the cellular level, BNP stimulates CPC proliferation in the non-infarcted area of the infarcted hearts. In the infarcted area, BNP modulates the fate of the endogenous CPCs but also of the infiltrating CD45(+) cells. These results support for the first time a key role for BNP in controlling the progenitor cell proliferation and differentiation after birth. The administration of BNP might, therefore, be a useful component of therapeutic approaches aimed at inducing heart regeneration.

Cerebral extracellular lactate increase is predominantly non ischemic in patients with severe traumatic brain injury

Le cerveau est l'organe avec les besoins en énergie les plus élevés du corps humain, et le glucose est un substrat énergétique cérébral essentiel. Ces dernières décennies, la compréhension de la neuroénergétique a beaucoup évolué et un rôle du lactate comme substrat énergétique important a été mis en évidence, notamment suite à l'introduction du modèle de l'ANLS (astrocyte-neuron lactate shuttle). Selon celui-ci, les astrocytes convertissent le glucose en lactate par réaction de glycolyse, puis il est transporté jusqu'aux neurones qui l'utilisent comme source d'énergie à travers le cycle de Krebs. Chez l'homme, divers travaux récents ont montré que le lactate peut servir de « carburant » cérébral chez le sujet sain, après effort intense ou chez le patient diabétique. La régulation métabolique et le rôle du lactate après lésion cérébrale aiguë sont encore peu connus. Présentation de l'article Le but de ce travail a été d'étudier le métabolisme cérébral du lactate chez les patients atteints de traumatisme crânien (TCC) sévère. Nous avons émis l'hypothèse que l'augmentation du lactate cérébral chez ces patients n'était pas associée de manière prédominante à une hypoxie ou une ischémie mais plutôt à une glycolyse aérobie, et également à une perfusion cérébrale normale. L'étude a porté sur une cohorte prospective de 24 patients avec TCC sévère admis au service de médecine intensive du CHUV (centre hospitalier universitaire vaudois), monitorés par un système combinant microdialyse cérébrale (outil permettant de mesurer divers métabolites cérébraux, tels que le lactate, le pyruvate et le glucose), mesure de la pression cérébrale en oxygène et de la pression intracrânienne. Cet outil nous a permis de déterminer si l'élévation du lactate était principalement associée à une glycolyse active ou plutôt à une hypoxie. L'utilisation du CTde perfusion a permis d'évaluer la relation entre les deux patterns d'élévation du lactate (glycolytique ou hypoxique) et la perfusion cérébrale globale. Nos résultats ont montré que l'augmentation du lactate cérébral chez les patients avec TCC sévère était associée de manière prédominante à une glycolyse aérobie plutôt qu'à une hypoxie/ischémie. D'autre part, nous avons pu confirmer que les épisodes de lactate glycolytique étaient toujours associés à une perfusion cérébrale normale ou augmentée, alors que les épisodes de lactate hypoxique étaient associés à une hypoperfusion cérébrale. Conclusions et perspectives Nos résultats, qui ont permis de mieux comprendre le métabolisme cérébral du lactate chez les patients avec TCC sévère, soutiennent le concept que le lactate est produit dans des conditions aérobes et pourrait donc être utilisé comme source d'énergie par le cerveau lésé pour subvenir à des besoins augmentas. Etant donné que la dysfonction énergétique est une des probables causes de perte neuronale après traumatisme crânien, ces résultats ouvrent des perspectives thérapeutiques nouvelles après agression cérébrale chez l'homme, visant à tester un potentiel effet neuroprotecteur via l'administration de lactate exogène.

Gliotransmission in the hippocampus, mechanisms and interaction with synaptic functions

SUMMARYAstrocytes represent the largest cell population in the human brain. In addition to a well established role as metabolic support for neuronal activity, in the last years these cells have been found to accomplish other important and, sometimes, unexpected functions. The tight enwrapping of synapses by astrocytic processes and the predominant expression of glutamate uptake carriers in the astrocytic rather than neuronal plasma membranes brought to the definition of a critical involvement of astrocytes in the clearance of glutamate from synaptic junctions. Moreover, several publications showed that astrocytes are able to release chemical transmitters (gliotransmitters) suggesting their active implication in the control of synaptic functions. Among gliotransmitters, the best characterized is glutamate, which has been proposed to be released from astrocytes in a Ca2+ dependent manner via exocytosis of synaptic-like microvesicles.In my thesis I present results leading to substantial advancement of the understanding of the mechanisms by which astrocytes modulate synaptic activity in the hippocampus, notably at excitatory synapses on dentate granule cells. I show that tumor necrosis factor- alpha (TNFa), a molecule that is generally involved in immune system functions, critically controls astrocyte-to-synapse communication (gliotransmission) in the brain. With constitutive levels of TNFa present, activation of purinergic G protein-coupled receptors in astrocytes, called P2Y1 receptors, induces localized intracellular calcium ([Ca2+]j) elevation in astrocytic processes (measured by two-photon microscopy) followed by glutamate release and activation of pre-synaptic NMDA receptors resulting in synaptic potentiation. In preparations lacking TNFa, astrocytes respond with identical [Ca2+]i elevations but fail to induce neuromodulation. I find that TNFa specifically controls the glutamate release step of gliotransmission. Addition of very low (picomolar) TNFa concentrations to preparations lacking the cytokine, promptly reconstitutes both normal exocytosis in cultured astrocytes and gliotransmission in hippocampal slices. These data provide the first demonstration that gliotransmission and its synaptic effects are controlled not only by astrocyte [Ca2+]i elevations but also by permissive/homeostatic factors like TNFa.In addition, I find that higher and presumably pathological TNFa concentrations do not act just permissively but instead become direct and potent triggers of glutamate release from astrocytes, leading to a strong enhancement of excitatory synaptic activity. The TNFa action, like the one observed upon P2Y1R activation, is mediated by pre-synaptic NMDA receptors, but in this case the effect is long-lasting, and not reversible. Moreover, I report that a necessary molecular target for this action of TNFa is TNFR1, one of the two specific receptors for the cytokine, as I found that TNFa was unable to induce synaptic potentiation when applied in slices from TNFR1 knock-out (Tnfrlv") mice. I then created a double transgenic mouse model where TNFR1 is knocked out in all cells but can be re-expressed selectively in astrocytes and I report that activation of the receptors in these cells is sufficient to reestablish TNFa-dependent long-lasting potentiation of synaptic activity in the TNFR1 knock-out mice.I therefore discovered that TNFa is a primary molecule displaying both permissive and instructive roles on gliotransmission controlling synaptic functions. These reports might have profound implications for the understanding of both physiological and pathological processes associated to TNFa production, including inflammatory processes in the brain.RÉSUMÉLes astrocytes sont les cellules les plus abondantes du cerveau humain. Outre leur rôle bien établi dans le support métabolique de l'activité neuronale, d'autres fonctions importantes, et parfois inattendues de ces cellules ont été mises en lumière au cours de ces dernières années. Les astrocytes entourent étroitement les synapses de leurs fins processus qui expriment fortement les transporteurs du glutamate et permettent ainsi aux astrocytes de jouer un rôle critique dans l'élimination du glutamate de la fente synaptique. Néanmoins, les astrocytes semblent être capables de jouer un rôle plus intégratif en modulant l'activité synaptique, notamment par la libération de transmetteurs (gliotransmetteurs). Le gliotransmetteur le plus étudié est le glutamate qui est libéré par l'exocytose régulée de petites vésicules ressemblant aux vésicules synaptiques (SLMVs) via un mécanisme dépendant du calcium.Les résultats présentés dans cette thèse permettent une avancée significative dans la compréhension du mode de communication de ces cellules et de leur implication dans la transmission de l'information synaptique dans l'hippocampe, notamment des synapses excitatrices des cellules granulaires du gyrus dentelé. J'ai pu montrer que le « facteur de nécrose tumorale alpha » (TNFa), une cytokine communément associée au système immunitaire, est aussi fondamentale pour la communication entre astrocyte et synapse. Lorsqu'un niveau constitutif très bas de TNFa est présent, l'activation des récepteurs purinergiques P2Y1 (des récepteurs couplés à protéine G) produit une augmentation locale de calcium (mesurée en microscopie bi-photonique) dans l'astrocyte. Cette dernière déclenche ensuite une libération de glutamate par les astrocytes conduisant à l'activation de récepteurs NMDA présynaptiques et à une augmentation de l'activité synaptique. En revanche, dans la souris TNFa knock-out cette modulation de l'activité synaptique par les astrocytes n'est pas bien qu'ils présentent toujours une excitabilité calcique normale. Nous avons démontré que le TNFa contrôle spécifiquement l'exocytose régulée des SLMVs astrocytaires en permettant la fusion synchrone de ces vésicules et la libération de glutamate à destination des récepteurs neuronaux. Ainsi, nous avons, pour la première fois, prouvé que la modulation de l'activité synaptique par l'astrocyte nécessite, pour fonctionner correctement, des facteurs « permissifs » comme le TNFa, agissant sur le mode de sécrétion du glutamate astrocytaire.J'ai pu, en outre, démontrer que le TNFa, à des concentrations plus élevées (celles que l'on peut observer lors de conditions pathologiques) provoque une très forte augmentation de l'activité synaptique, agissant non plus comme simple facteur permissif mais bien comme déclencheur de la gliotransmission. Le TNFa provoque 1'activation des récepteurs NMD A pré-synaptiques (comme dans le cas des P2Y1R) mais son effet est à long terme et irréversible. J'ai découvert que le TNFa active le récepteur TNFR1, un des deux récepteurs spécifiques pour le TNFa. Ainsi, l'application de cette cytokine sur une tranche de cerveau de souris TNFR1 knock-out ne produit aucune modification de l'activité synaptique. Pour vérifier l'implication des astrocytes dans ce processus, j'ai ensuite mis au point un modèle animal doublement transgénique qui exprime le TNFR1 uniquement dans les astrocytes. Ce dernier m'a permis de prouver que l'activation des récepteurs TNFR1 astrocytaires est suffisante pour induire une augmentation de l'activité synaptique de manière durable.Nous avons donc découvert que le TNFa possède un double rôle, à la fois un rôle permissif et actif, dans le contrôle de la gliotransmission et, par conséquent, dans la modulation de l'activité synaptique. Cette découverte peut potentiellement être d'une extrême importance pour la compréhension des mécanismes physiologiques et pathologiques associés à la production du TNFa, en particulier lors de conditions inflammatoires.RÉSUMÉ GRAND PUBLICLes astrocytes représentent la population la plus nombreuse de cellules dans le cerveau humain. On sait, néanmoins, très peu de choses sur leurs fonctions. Pendant très longtemps, les astrocytes ont uniquement été considérés comme la colle du cerveau, un substrat inerte permettant seulement de lier les cellules neuronales entre elles. Il n'y a que depuis peu que l'on a découvert de nouvelles implications de ces cellules dans le fonctionnement cérébral, comme, entre autres, une fonction de support métabolique de l'activité neuronale et un rôle dans la modulation de la neurotransmission. C'est ce dernier aspect qui fait l'objet de mon projet de thèse.Nous avons découvert que l'activité des synapses (régions qui permettent la communication d'un neurone à un autre) qui peut être potentialisée par la libération du glutamate par les astrocytes, ne peut l'être que dans des conditions astrocytaires très particulières. Nous avons, en particulier, identifié une molécule, le facteur de nécrose tumorale alpha (TNFa) qui joue un rôle critique dans cette libération de glutamate astrocytaire.Le TNFa est surtout connu pour son rôle dans le système immunitaire et le fait qu'il est massivement libéré lors de processus inflammatoires. Nous avons découvert qu'en concentration minime, correspondant à sa concentration basale, le TNFa peut néanmoins exercer un rôle indispensable en permettant la communication entre l'astrocyte et le neurone. Ce mode de fonctionnement est assez probablement représentatif d'un processus physiologique qui permet d'intégrer la communication astrocyte/neurone au fonctionnement général du cerveau. Par ailleurs, nous avons également démontré qu'en quantité plus importante, le TNFa change son mode de fonctionnement et agit comme un stimulateur direct de la libération de glutamate par l'astrocyte et induit une activation persistante de l'activité synaptique. Ce mode de fonctionnement est assez probablement représentatif d'un processus pathologique.Nous sommes également arrivés à ces conclusions grâce à la mise en place d'une nouvelle souche de souris doublement transgéniques dans lesquelles seuls les astrocytes (etnon les neurones ou les autres cellules cérébrales) sont capables d'être activés par le TNFa.

Selective toxicity of the general anesthetic propofol for GABAergic neurons in rat brain cell cultures.

The intravenous, short-acting general anesthetic propofol was applied to three-dimensional (aggregating) cell cultures of fetal rat telencephalon. Both the clinically used formulation (Disoprivan, ICI Pharmaceuticals, Cheshire, England) and the pure form (2,6-diisopropylphenol) were tested at two different periods of brain development: immature brain cell cultures prior to synaptogenesis and at the time of intense synapses and myelin formation. At both time periods and for clinically relevant concentrations and time of exposure (i.e., concentrations > or = 2.0 micrograms/ml for 8 hr), propofol caused a significant decrease of glutamic acid decarboxylase activity. This effect persisted after removal of the drug, suggesting irreversible structural changes in GABAergic neurons. The gamma-aminobutyric acid type A (GABAA) blocking agents bicuculline and picrotoxin partially attenuated the neurotoxic effect of propofol in cultures treated at the more mature phase of development. This protective effect was not observed in the immature brain cells. The present data suggest that propofol may cause irreversible lesions to GABAergic neurons when given at a critical phase of brain development. In contrast, glial cells and myelin appeared resistant even to high doses of propofol.

Clinical neurophysiological assessment of sepsis-associated brain dysfunction: a systematic review.

IntroductionSeveral studies have reported the presence of electroencephalography (EEG) abnormalities or altered evoked potentials (EPs) during sepsis. However, the role of these tests in the diagnosis and prognostic assessment of sepsis-associated encephalopathy remains unclear.MethodsWe performed a systematic search for studies evaluating EEG and/or EPs in adult (¿18 years) patients with sepsis-associated encephalopathy. The following outcomes were extracted: a) incidence of EEG/EP abnormalities; b) diagnosis of sepsis-associated delirium or encephalopathy with EEG/EP; c) outcome.ResultsAmong 1976 citations, 17 articles met the inclusion criteria. The incidence of EEG abnormalities during sepsis ranged from 12% to 100% for background abnormality and 6% to 12% for presence of triphasic waves. Two studies found that epileptiform discharges and electrographic seizures were more common in critically ill patients with than without sepsis. In one study, EEG background abnormalities were related to the presence and the severity of encephalopathy. Background slowing or suppression and the presence of triphasic waves were also associated with higher mortality. A few studies demonstrated that quantitative EEG analysis and EP could show significant differences in patients with sepsis compared to controls but their association with encephalopathy and outcome was not evaluated.ConclusionsAbnormalities in EEG and EPs are present in the majority of septic patients. There is some evidence to support EEG use in the detection and prognostication of sepsis-associated encephalopathy, but further clinical investigation is needed to confirm this suggestion.