Pre-stimulus beta oscillations within left posterior sylvian regions impact auditory temporal order judgment accuracy.

Both neural and behavioral responses to stimuli are influenced by the state of the brain immediately preceding their presentation, notably by pre-stimulus oscillatory activity. Using frequency analysis of high-density electroencephalogram coupled with source estimations, the present study investigated the role of pre-stimulus oscillatory activity in auditory spatial temporal order judgments (TOJ). Oscillations within the beta range (i.e. 18-23Hz) were significantly stronger before accurate than inaccurate TOJ trials. Distributed source estimations identified bilateral posterior sylvian regions as the principal contributors to pre-stimulus beta oscillations. Activity within the left posterior sylvian region was significantly stronger before accurate than inaccurate TOJ trials. We discuss our results in terms of a modulation of sensory gating mechanisms mediated by beta activity.

Deontological and altruistic guilt: evidence for distinct neurobiological substrates.

The feeling of guilt is a complex mental state underlying several human behaviors in both private and social life. From a psychological and evolutionary viewpoint, guilt is an emotional and cognitive function, characterized by prosocial sentiments, entailing specific moral believes, which can be predominantly driven by inner values (deontological guilt) or by more interpersonal situations (altruistic guilt). The aim of this study was to investigate whether there is a distinct neurobiological substrate for these two expressions of guilt in healthy individuals. We first run two behavioral studies, recruiting a sample of 72 healthy volunteers, to validate a set of stimuli selectively evoking deontological and altruistic guilt, or basic control emotions (i.e., anger and sadness). Similar stimuli were reproduced in a event-related functional magnetic resonance imaging (fMRI) paradigm, to investigate the neural correlates of the same emotions, in a new sample of 22 healthy volunteers. We show that guilty emotions, compared to anger and sadness, activate specific brain areas (i.e., cingulate gyrus and medial frontal cortex) and that different neuronal networks are involved in each specific kind of guilt, with the insula selectively responding to deontological guilt stimuli. This study provides evidence for the existence of distinct neural circuits involved in different guilty feelings. This complex emotion might account for normal individual attitudes and deviant social behaviors. Moreover, an abnormal processing of specific guilt feelings might account for some psychopathological manifestation, such as obsessive-compulsive disorder and depression.

Tissue-specific opposing functions of the inflammasome adaptor ASC in the regulation of epithelial skin carcinogenesis.

A chronic inflammatory microenvironment favors tumor progression through molecular mechanisms that are still incompletely defined. In inflammation-induced skin cancers, IL-1 receptor- or caspase-1-deficient mice, or mice specifically deficient for the inflammasome adaptor protein ASC (apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD) in myeloid cells, had reduced tumor incidence, pointing to a role for IL-1 signaling and inflammasome activation in tumor development. However, mice fully deficient for ASC were not protected, and mice specifically deficient for ASC in keratinocytes developed more tumors than controls, suggesting that, in contrast to its proinflammatory role in myeloid cells, ASC acts as a tumor-suppressor in keratinocytes. Accordingly, ASC protein expression was lost in human cutaneous squamous cell carcinoma, but not in psoriatic skin lesions. Stimulation of primary mouse keratinocytes or the human keratinocyte cell line HaCaT with UVB induced an ASC-dependent phosphorylation of p53 and expression of p53 target genes. In HaCaT cells, ASC interacted with p53 at the endogenous level upon UVB irradiation. Thus, ASC in different tissues may influence tumor growth in opposite directions: it has a proinflammatory role in infiltrating cells that favors tumor development, but it also limits keratinocyte proliferation in response to noxious stimuli, possibly through p53 activation, which helps suppressing tumors.

GLUT8 subcellular localization and absence of translocation to the plasma membrane in PC12 cells and hippocampal neurons.

GLUT8 is a high-affinity glucose transporter present mostly in testes and a subset of brain neurons. At the cellular level, it is found in a poorly defined intracellular compartment in which it is retained by an N-terminal dileucine motif. Here we assessed GLUT8 colocalization with markers for different cellular compartments and searched for signals, which could trigger its cell surface expression. We showed that when expressed in PC12 cells, GLUT8 was located in a perinuclear compartment in which it showed partial colocalization with markers for the endoplasmic reticulum but not with markers for the trans-Golgi network, early endosomes, lysosomes, and synaptic-like vesicles. To evaluate its presence at the plasma membrane, we generated a recombinant adenovirus for the expression of GLUT8 containing an extracellular myc epitope. Cell surface expression was evaluated by immunofluorescence microscopy of transduced PC12 cells or primary hippocampal neurons exposed to different stimuli. Those included substances inducing depolarization, activation of protein kinase A and C, activation or inhibition of tyrosine kinase-linked signaling pathways, glucose deprivation, AMP-activated protein kinase stimulation, and osmotic shock. None of these stimuli-induced GLUT8 cell surface translocation. Furthermore, when GLUT8myc was cotransduced with a dominant-negative form of dynamin or GLUT8myc-expressing PC-12 cells or neurons were incubated with an anti-myc antibody, no evidence for constitutive recycling of the transporter through the cell surface could be obtained. Thus, in cells normally expressing it, GLUT8 was associated with a specific intracellular compartment in which it may play an as-yet-uncharacterized role.

Weed or wheel! FMRI, behavioural, and toxicological investigations of how cannabis smoking affects skills necessary for driving.

Marijuana is the most widely used illicit drug, however its effects on cognitive functions underling safe driving remain mostly unexplored. Our goal was to evaluate the impact of cannabis on the driving ability of occasional smokers, by investigating changes in the brain network involved in a tracking task. The subject characteristics, the percentage of Δ(9)-Tetrahydrocannabinol in the joint, and the inhaled dose were in accordance with real-life conditions. Thirty-one male volunteers were enrolled in this study that includes clinical and toxicological aspects together with functional magnetic resonance imaging of the brain and measurements of psychomotor skills. The fMRI paradigm was based on a visuo-motor tracking task, alternating active tracking blocks with passive tracking viewing and rest condition. We show that cannabis smoking, even at low Δ(9)-Tetrahydrocannabinol blood concentrations, decreases psychomotor skills and alters the activity of the brain networks involved in cognition. The relative decrease of Blood Oxygen Level Dependent response (BOLD) after cannabis smoking in the anterior insula, dorsomedial thalamus, and striatum compared to placebo smoking suggests an alteration of the network involved in saliency detection. In addition, the decrease of BOLD response in the right superior parietal cortex and in the dorsolateral prefrontal cortex indicates the involvement of the Control Executive network known to operate once the saliencies are identified. Furthermore, cannabis increases activity in the rostral anterior cingulate cortex and ventromedial prefrontal cortices, suggesting an increase in self-oriented mental activity. Subjects are more attracted by intrapersonal stimuli ("self") and fail to attend to task performance, leading to an insufficient allocation of task-oriented resources and to sub-optimal performance. These effects correlate with the subjective feeling of confusion rather than with the blood level of Δ(9)-Tetrahydrocannabinol. These findings bolster the zero-tolerance policy adopted in several countries that prohibits the presence of any amount of drugs in blood while driving.

Ultrastructural analysis of neuronal plasticity in the adult mouse

ABSTRACT Adult neuronal plasticity is a term that corresponds to a set of biological mechanisms allowing a neuronal circuit to respond and adapt to modifications of the received inputs. Mystacial whiskers of the mouse are the starting point of a major sensory pathway that provides the animal with information from its immediate environment. Through whisking, information is gathered that allows the animal to orientate itself and to recognize objects. This sensory system is crucial for nocturnal behaviour during which vision is not of much use. Sensory information of the whiskers are sent via brainstem and thalamus to the primary somatosensory area (S1) of the cerebral cortex in a strictly topological manner. Cell bodies in the layer N of S 1 are arranged in ring forming structures called barrels. As such, each barrel corresponds to the cortical representation in layer IV of a single whisker follicle. This histological feature allows to identify with uttermost precision the part of the cortex devoted to a given whisker and to study modifications induced by different experimental conditions. The condition used in the studies of my thesis is the passive stimulation of one whisker in the adult mouse for a period of 24 hours. It is performed by glueing a piece of metal on one whisker and placing the awake animal in a cage surrounded by an electromagnetic coil that generates magnetic field burst inducing whisker movement at a given frequency during 24 hours. I analysed the ultrastructure of the barrel corresponding the stimulated whisker using serial sections electron microscopy and computer-based three-dimensional reconstructions; analysis of neighbouring, unstimulated barrels as well as those from unstimulated mice served as control. The following elements were structurally analyzed: the spiny dendrites, the axons of excitatory as well as inhibitory cells, their connections via synapses and the astrocytic processes. The density of synapses and spines is upregulated in a barrel corresponding to a stimulated whisker. This upregulation is absent in the BDNF heterozygote mice, indicating that a certain level of activity-dependent released BDNF is required for synaptogenesis in the adult cerebral cortex. Synpaptogenesis is correlated with a modification of the astrocytes that place themselves in closer vicinity of the excitatory synapses on spines. Biochemical analysis revealed that the astrocytes upregulate the expression of transporters by which they internalise glutamate, the neurotransmitter responsible for the excitatory response of cortical neurons. In the final part of my thesis, I show that synaptogenesis in the stimulated barrel is due to the increase in the size of excitatory axonal boutons that become more frequently multisynaptic, whereas the inhibitory axons do not change their morphology but form more synapses with spines apposed to them. Taken together, my thesis demonstrates that all the cellular elements present in the neuronal tissue of the adult brain contribute to activity-dependent cortical plasticity and form part of a mechanism by which the animal responds to a modified sensory experience. Throughout life, the neuronal circuit keeps the faculty to adapt its function. These adaptations are partially transitory but some aspects remain and could be the structural basis of a memory trace in the cortical circuit. RESUME La plasticité neuronale chez l'adulte désigne un ensemble de mécanismes biologiques qui permettent aux circuits neuronaux de répondre et de s'adapter aux modifications des stimulations reçues. Les vibrisses des souris sont un système crucial fournissant des informations sensorielles au sujet de l'environnement de l'animal. L'information sensorielle collectée par les vibrisses est envoyée via le tronc cérébral et le thalamus à l'aire sensorielle primaire (S 1) du cortex cérébral en respectant strictement la somatotopie. Les corps cellulaires dans la couche IV de S 1 sont organisés en anneaux délimitant des structures nommées tonneaux. Chaque tonneau reçoit l'information d'une seule vibrisse et l'arrangement des tonneaux dans le cortex correspond à l'arrangement des vibrisses sur le museau de la souris. Cette particularité histologique permet de sélectionner avec certitude la partie du cortex dévolue à une vibrisse et de l'étudier dans diverses conditions. Le paradigme expérimental utilisé dans cette thèse est la stimulation passive d'une seule vibrisse durant 24 heures. Pour ce faire, un petit morceau de métal est collé sur une vibrisse et la souris est placée dans une cage entourée d'une bobine électromagnétique générant un champ qui fait vibrer le morceau de métal durant 24 heures. Nous analysons l'ultrastructure du cortex cérébral à l'aide de la microscopie électronique et des coupes sériées permettant la reconstruction tridimensionnelle à l'aide de logiciels informatiques. Nous observons les modifications des structures présentes : les dendrites épineuses, les axones des cellules excitatrices et inhibitrices, leurs connections par des synapses et les astrocytes. Le nombre de synapses et d'épines est augmenté dans un tonneau correspondant à une vibrisse stimulée 24 heures. Basé sur cela, nous montrons dans ces travaux que cette réponse n'est pas observée dans des souris hétérozygotes BDNF+/-. Cette neurotrophine sécrétée en fonction de l'activité neuronale est donc nécessaire pour la synaptogenèse. La synaptogenèse est accompagnée d'une modification des astrocytes qui se rapprochent des synapses excitatrices au niveau des épines dendritiques. Ils expriment également plus de transporteurs chargés d'internaliser le glutamate, le neurotransmetteur responsable de la réponse excitatrice des neurones. Nous montrons aussi que les axones excitateurs deviennent plus larges et forment plus de boutons multi-synaptiques à la suite de la stimulation tandis que les axones inhibiteurs ne changent pas de morphologie mais forment plus de synapses avec des épines apposées à leur membrane. Tous les éléments analysés dans le cerveau adulte ont maintenu la capacité de réagir aux modifications de l'activité neuronale et répondent aux modifications de l'activité permettant une constante adaptation à de nouveaux environnements durant la vie. Les circuits neuronaux gardent la capacité de créer de nouvelles synapses. Ces adaptations peuvent être des réponses transitoires aux stimuli mais peuvent aussi laisser une trace mnésique dans les circuits.

Early auditory processing

ABSTRACT (English)An accurate processing of the order between sensory events at the millisecond time scale is crucial for both sensori-motor and cognitive functions. Temporal order judgment (TOJ) tasks, is the ability of discriminating the order of presentation of several stimuli presented in a rapid succession. The aim of the present thesis is to further investigate the spatio-temporal brain mechanisms supporting TOJ. In three studies we focus on the dependency of TOJ accuracy on the brain states preceding the presentation of TOJ stimuli, the neural correlates of accurate vs. inaccurate TOJ and whether and how TOJ performance can be improved with training.In "Pre-stimulus beta oscillations within left posterior sylvian regions impact auditory temporal order judgment accuracy" (Bernasconi et al., 2011), we investigated if the brain activity immediately preceding the presentation of the stimuli modulates TOJ performance. By contrasting the electrophysiological activity before the stimulus presentation as a function of TOJ accuracy we observed a stronger pre-stimulus beta (20Hz) oscillatory activity within the left posterior sylvian region (PSR) before accurate than inaccurate TOJ trials.In "Interhemispheric coupling between the posterior sylvian regions impacts successful auditory temporal order judgment" (Bernasconi et al., 2010a), and "Plastic brain mechanisms for attaining auditory temporal order judgment proficiency" (Bernasconi et al., 2010b), we investigated the spatio-temporal brain dynamics underlying auditory TOJ. In both studies we observed a topographic modulation as a function of TOJ performance at ~40ms after the onset of the first sound, indicating the engagement of distinct configurations of intracranial generators. Source estimations in the first study revealed a bilateral PSR activity for both accurate and inaccurate TOJ trials. Moreover, activity within left, but not right, PSR correlated with TOJ performance. Source estimations in the second study revealed a training-induced left lateralization of the initial bilateral (i.e. PSR) brain response. Moreover, the activity within the left PSR region correlated with TOJ performance.Based on these results, we suggest that a "temporal stamp" is established within left PSR on the first sound within the pair at early stages (i.e. ~40ms) of cortical processes, but is critically modulated by inputs from right PSR (Bernasconi et al., 2010a; b). The "temporal stamp" on the first sound may be established via a sensory gating or prior entry mechanism.Behavioral and brain responses to identical stimuli can vary due to attention modulation, vary with experimental and task parameters or "internal noise". In a fourth experiment (Bernasconi et al., 2011b) we investigated where and when "neural noise" manifest during the stimulus processing. Contrasting the AEPs of identical sound perceived as High vs. Low pitch, a topographic modulation occurred at ca. 100ms after the onset of the sound. Source estimation revealed activity within regions compatible with pitch discrimination. Thus, we provided neurophysiological evidence for the variation in perception induced by "neural noise".ABSTRACT (French)Un traitement précis de l'ordre des événements sensoriels sur une échelle de temps de milliseconde est crucial pour les fonctions sensori-motrices et cognitives. Les tâches de jugement d'ordre temporel (JOT), consistant à présenter plusieurs stimuli en succession rapide, sont traditionnellement employées pour étudier les mécanismes neuronaux soutenant le traitement d'informations sensorielles qui varient rapidement. Le but de cette thèse est d'étudier le mécanisme cérébral soutenant JOT. Dans les trois études présentées nous nous sommes concentrés sur les états du cerveau précédant la présentation des stimuli de JOT, les bases neurales pour un JOT correct vs. incorrect et sur la possibilité et les moyens d'améliorer l'exécution du JOT grâce à un entraînement.Dans "Pre-stimulus beta oscillations within left posterior sylvian regions impact auditory temporal order judgment accuracy" (Bernasconi et al., 2011),, nous nous sommes intéressé à savoir si l'activité oscillatoire du cerveau au pré-stimulus modulait la performance du JOT. Nous avons contrasté l'activité électrophysiologique en fonction de la performance TOJ, mesurant une activité oscillatoire beta au pré-stimulus plus fort dans la région sylvian postérieure gauche (PSR) liée à un JOT correct.Dans "Interhemispheric coupling between the posterior sylvian regions impacts successful auditory temporal order judgment" (Bernasconi et al., 2010a), et "Plastic brain mechanisms for attaining auditory temporal order judgment proficiency" (Bernasconi et al., 2010b), nous avons étudié la dynamique spatio-temporelle dans le cerveau impliqué dans le traitement du JOT auditif. Dans ses deux études, nous avons observé une modulation topographique à ~40ms après le début du premier son, en fonction de la performance JOT, indiquant l'engagement des configurations de générateurs intra- crâniens distincts. La localisation de source dans la première étude indique une activité bilatérale de PSR pour des JOT corrects vs. incorrects. Par ailleurs, l'activité dans PSR gauche, mais pas dans le droit, est corrélée avec la performance du JOT. La localisation de source dans la deuxième étude indiquait une latéralisation gauche induite par l'entraînement d'une réponse initialement bilatérale du cerveau. D'ailleurs, l'activité dans la région PSR gauche corrèlait avec la performance de TOJ.Basé sur ces résultats, nous proposons qu'un « timbre-temporel » soit établi très tôt (c.-à-d. à ~40ms) sur le premier son par le PSR gauche, mais module par l'activité du PSR droite (Bernasconi et al., 2010a ; b). « Le timbre- temporel » sur le premier son peut être établi par le mécanisme neuronal de type « sensory gating » ou « prior entry ».Les réponses comportementales et du cerveau aux stimuli identiques peut varier du à des modulations d'attention ou à des variations dans les paramètres des tâches ou au bruit interne du cerveau. Dans une quatrième expérience (Bernasconi et al. 2011B), nous avons étudié où et quand le »bruit neuronal« se manifeste pendant le traitement des stimuli. En contrastant les AEPs de sons identiques perçus comme aigus vs. grave, nous avons mesuré une modulation topographique à env. 100ms après l'apparition du son. L'estimation de source a révélé une activité dans les régions compatibles avec la discrimination de fréquences. Ainsi, nous avons fourni des preuves neurophysiologiques de la variation de la perception induite par le «bruit neuronal».

Role of CLOCK and circadian rhythms in calcium homeostasis

Le maintien d'une concentration sanguine constante de calcium est d'une importance cruciale et trois organes participent à la balance calcique normale : les reins, les intestins et les os. La concentration plasmatique de calcium est strictement régulée par l'hormone parathyroïdienne (PTH) et par la vitamine D. Des variations circadiennes de la PTH, de la vitamine D ainsi que du calcium plasmatique ont été décrites précédemment chez l'humain ainsi que chez le rat. Ces rythmes de PTH dans le sérum sont importants pour la régulation du remodelage de l'os. En effet, il a été montré chez les souris C57BL/6J que des injections de PTH une fois par jour mènent à une augmentation de la densité minérale de l'os alors que l'infusion en continu de PTH est associée à une diminution de cette densité. La vitamine D joue également un rôle fondamental dans la physiologie osseuse, car un déficit en vitamine D peut conduire à une ostéomalacie. Cependant la fonction des oscillations de vitamine D au niveau de l'homéostasie osseuse reste inconnue. L'horloge circadienne est un système interne de contrôle biologique du temps générant des rythmes de 24 heures dans l'expression des gènes, ainsi que dans la physiologie et le comportement. Ce contrôle s'opère par des boucles rétroactives positives et négatives de l'expression de gènes circadiens tels que CLOCK, BMAL1, CRY1 et 2 ou PERI et 2. Dans ce travail, nous avons émis l'hypothèse que l'homéostasie calcique est sous le contrôle de l'horloge circadienne. Dans un premier temps, nous avons montré chez les souris C57BL/6J des variations journalières des concentrations de calcium, de PTH et de vitamine D dans le sang, ainsi que de calcium dans les urines. Nous avons également démontré des changements au niveau de l'expression rénale des gènes importants dans l'homéostasie du calcium, tant au niveau de l'ARN messager que des protéines. Ensuite, pour analyser le rôle du système de l'horloge circadienne dans l'homéostasie du calcium, nous avons étudié des souris dans lesquelles a été supprimé le gène CLOCK crucial pour la fonction de l'horloge et nous avons comparé ces souris à des souris de type sauvage de même portée. Les souris CLOCK-I- étaient hypercalciuriques à chaque moment de la journée. Cependant le rythme circadien de l'excrétion de calcium était préservé. Le taux de calcium plasmatique ne différait pas entre les génotypes, mais les souris CLOCK -/- ne montraient pas de variations journalières de ce paramètre. Une perte du rythme journalier était également observée pour les niveaux de vitamine D, perte qui pourrait être une cause de l'altération de la micro-architecture osseuse révélée chez les souris CLOCK-/-. En effet, ces souris montrent une diminution du nombre de trabécules, de leur volume ainsi que de leur surface, ce qui suggère la présence d'ostéoporose. Nous avons également trouvé que le rythme de l'expression de l'ARN messager de CYP27B1 était aboli dans les reins des souris CLOCK -/-, ce qui peut expliquer l'altération du rythme de la vitamine D. Les taux sanguins de PTH étaient comparables entre les souris CLOCK -/- et de type sauvage. Dans les reins, une augmentation de l'expression de l'ARN messager de TRPV5 et NCX1 a été constatée, ce qui suggérerait une augmentation de la réabsorption de calcium dans le tubule convoluté distal et dans le tubule connecteur. Dans les intestins, la réabsorption calcique était diminuée, chez les souris CLOCK-I-, fait confirmé par une diminution des niveaux d'ARN messager de TRPV6 et PMCAL. En résumé, la suppression du gène CLOCK chez les souris a conduit à une hypercalciurie, une altération du rythme des taux plasmatiques de calcium et de vitamine D et à une détérioration de l'architecture osseuse. Pour conclure, ces résultats montrent que l'horloge circadienne est essentielle à l'homéostasie calcique ainsi qu'à la physiologie des os. - L'ostéoporose affecte environ 22 millions de femmes et 5.5 millions d'hommes en Europe, réduisant significativement leur qualité de vie et a causé 3.5 millions de nouvelles fractures en 2010. Les dépenses totales liées à ces fractures ont atteint 37 milliards d'euro et ce coût devrait augmenter de 25% d'ici à 2025. Le nombre de nouvelles fractures dues à l'ostéoporose à travers le monde est estimé à environ 1000 par heure. Parmi les causes de l'ostéoporose, le déficit én calcium et/ou en vitamine D joue un rôle important, mais il existe également des causes génétiques ou liées à des facteurs comme les hormones sexuelles (estrogènes, testostérone), l'âge, le tabac, le poids corporel, certains médicaments,... La vie est rythmique : ceci est dû à l'alternance naturelle du jour et de la nuit et de ses effets sur le corps. La prise alimentaire, par exemple, est un processus qui a lieu pendant la phase active, qui est prévisible (il se produit toujours au même moment) et qui peut être anticipé par le corps. Pour cela, une horloge interne est présente dans chaque cellule du corps et est synchronisée par la lumière du jour, entre autres stimuli. Cette horloge indique la phase du jour et régule l'expression de gènes impliqués dans les différents processus qui nécessitent une anticipation. Pendant mon travail de thèse, je me suis demandé si des îythmes circadiens (c'est-à-dire d'une durée d'environ 24 heures et indépendants des stimuli externes) étaient observables'pour les gènes régulant les flux de calcium dans le corps et si l'interruption de ces rythmes pouvait mener à des altérations de la qualité de l'os. J'ai d'abord travaillé avec des souris normales et j'ai pu montrer la présence de rythmes au niveau du calcium sanguin et urinaire, mais également au niveau des hormones et gènes qui contrôlent le métabolisme du calcium dans le corps, comme la vitamine D et l'hormone parathyroidienne. De manière intéressante, j'ai observé que la plupart de ces gènes ont un rythme synchronisé. J'ai ensuite utilisé un modèle de souris dans lequel l'horloge interne a été génétiquement invalidée et j'ai montré que ces souris présentent une augmentation de leur excrétion urinaire de calcium et un rythme circadien altéré de la vitamine D dans le sang. Ces souris absorbent aussi moins bien le calcium intestinal et présentent une ostéoporose marquée. Ce travail montre donc que l'horloge interne est nécessaire pour établir un rythme circadiens de certains facteurs influant les flux de calcium dans l'organisme, comme la vitamine D, et que la perturbation de ces rythmes mène à une dérégulation du métabolisme osseux. Ainsi, la perturbation de l'horloge interne peut causer une ostéoporose et une hypercalciurie qui pourraient aboutir à la formation de fractures et de calculs rénaux. L'extrapolation de ces observations chez l'homme ou à des changements plus subtiles des rythmes circadiens, comme le décalage horaire, restent à montrer. Cette recherche a démontré que les rythmes circadiens des mécanismes de régulation des flux de calcium dans l'organisme sont essentiels au maintien d'un squelette normal et suggère que les perturbations des rythmes circadiens pourraient être une nouvelle cause de l'ostéoporose. - Maintaining constant calcium concentration in the plasma is of a crucial importance and three organs participate in normal calcium balance - kidney, gut and bone. Plasma calcium concentration is strictly regulated by parathyroid hormone (PTH) and vitamin D. Circadian variations of PTH, vitamin D and plasma calcium were previously described in humans, as well as in rats. Rhythms in serum PTH are important for balanced bone remodelling. Indeed in C57BL/6J mice, PTH injection once per day leads to an increase in bone mineral density (BMD), whilst continuous infusion is associated with decreased BMD. Vitamin D also plays a crucial role in bone physiology, since the deficiency in vitamin D can lead to rickets/osteomalacia. However, the role of vitamin D rhythms in bone homeostasis remains unknown. The circadian clock is an. internal time-keeping system generating rhythms in gene expression with 24h periodicity, in physiology and in behaviour. It is operated by positive- and negative-feedback loops of circadian genes, such as CLOCK, BMAL1, CRY1 and 2 or PERI and 2. In this work, we hypothesized, that calcium homeostasis is under the control of the circadian clock. First, we showed daily variations in urinary calcium and serum calcium, PTH and l,25(OH)2 vitamin D, together with renal mRNA and protein levels of genes involved in calcium homeostasis in C57BL/6J mice. Second, and to investigate the role of the circadian clock system in calcium handling, we studied mice lacking the gene CLOCK crucial for fonction of the clock system and compared them to the WT littermates. CLOCK-/- mice were hypercalciuric at all timepoints of the day. However, the circadian rhythm of calcium excretion was preserved. Serum calcium levels did not differ between the genotypes, but CLOCK-/- mice did not exhibit daily variation for this parameter. Loss of rhythm was observed also for serum l,25(OH)2 vitamin D levels, which may be one of the causes of altered bone microarchitecture that was revealed in CLOCK-/- mice. They displayed increased trabecular separation and decreased trabecular number, trabecular bone volume and trabecular bone surface, suggestive of osteoporosis. We found that the rhythm of the mRNA expression of CYP27B1 was abolished in the kidney of CLOCK-/- mice, which could induce the altered rhythm of l,25(OH)2 vitamin. Serum PTH levels were comparable between CLOCK-/- and WT mice. In the kidney, increased mRNA expression of TRPV5 and NCX1 suggests increased calcium reabsorption in the distal convoluted and connecting tubule. In the gut, intestinal calcium absorption was decreased in CLOCK¬/- mice, confirmed by decreased mRNA levels of TRPV6 and PMCA1. In summary, deletion of the CLOCK gene in mice conducts to hypercalciuria, alteration of the rhythm in serum calcium and l,25(OH)2D levels, and impainnent of their bone microarchitecture. In conclusion, these data show that the circadian clock system is essential in calcium homeostasis and bone physiology.

Mouse Grueneberg ganglion neurons share molecular and functional features with C. elegans amphid neurons.

The mouse Grueneberg ganglion (GG) is an olfactory subsystem located at the tip of the nose close to the entry of the naris. It comprises neurons that are both sensitive to cold temperature and play an important role in the detection of alarm pheromones (APs). This chemical modality may be essential for species survival. Interestingly, GG neurons display an atypical mammalian olfactory morphology with neurons bearing deeply invaginated cilia mostly covered by ensheathing glial cells. We had previously noticed their morphological resemblance with the chemosensory amphid neurons found in the anterior region of the head of Caenorhabditis elegans (C. elegans). We demonstrate here further molecular and functional similarities. Thus, we found an orthologous expression of molecular signaling elements that was furthermore restricted to similar specific subcellular localizations. Calcium imaging also revealed a ligand selectivity for the methylated thiazole odorants that amphid neurons are known to detect. Cellular responses from GG neurons evoked by chemical or temperature stimuli were also partially cGMP-dependent. In addition, we found that, although behaviors depending on temperature sensing in the mouse, such as huddling and thermotaxis did not implicate the GG, the thermosensitivity modulated the chemosensitivity at the level of single GG neurons. Thus, the striking similarities with the chemosensory amphid neurons of C. elegans conferred to the mouse GG neurons unique multimodal sensory properties.

Temporal dynamics of auditory what and where processing in humans

Recent evidence suggests the human auditory system is organized,like the visual system, into a ventral 'what' pathway, devoted toidentifying objects and a dorsal 'where' pathway devoted to thelocalization of objects in space w1x. Several brain regions have beenidentified in these two different pathways, but until now little isknown about the temporal dynamics of these regions. We investigatedthis issue using 128-channel auditory evoked potentials(AEPs).Stimuli were stationary sounds created by varying interaural timedifferences and environmental real recorded sounds. Stimuli ofeach condition (localization, recognition) were presented throughearphones in a blocked design, while subjects determined theirposition or meaning, respectively.AEPs were analyzed in terms of their topographical scalp potentialdistributions (segmentation maps) and underlying neuronalgenerators (source estimation) w2x.Fourteen scalp potential distributions (maps) best explained theentire data set.Ten maps were nonspecific (associated with auditory stimulationin general), two were specific for sound localization and two werespecific for sound recognition (P-values ranging from 0.02 to0.045).Condition-specific maps appeared at two distinct time periods:;200 ms and ;375-550 ms post-stimulus.The brain sources associated with the maps specific for soundlocalization were mainly situated in the inferior frontal cortices,confirming previous findings w3x. The sources associated withsound recognition were predominantly located in the temporal cortices,with a weaker activation in the frontal cortex.The data show that sound localization and sound recognitionengage different brain networks that are apparent at two distincttime periods.References1. Maeder et al. Neuroimage 2001.2. Michel et al. Brain Research Review 2001.3. Ducommun et al. Neuroimage 2002.

Alteration of neuromuscular function in squash

The alteration in neuromuscular function of knee extensor muscles was characterised after a squash match in 10 trained players. Maximal voluntary contraction (MVC) and surface EMG activity of vastus lateralis (VL) and vastus medialis (VM) muscles were measured before and immediately after a 1-h squash match. M-wave and twitch contractile properties were analysed following single stimuli. MVC declined (280.5+/-46.8 vs. 233.6+/-35.4 Nm, -16%; P<0.001) after the exercise and this was accompanied by an impairment of central activation, as attested by decline in voluntary activation (76.7+/-10.4 vs. 71.3+/-9.6%, -7%; P<0.05) and raw EMG activity of the two vastii (-17%; P<0.05), whereas RMS/M decrease was lesser (VL: -5%; NS and VM: -12%; P=0.10). In the fatigued state, no significant changes in M-wave amplitude (VL: -9%; VM: -5%) or duration were observed. Following exercise, the single twitch was characterised by lower peak torque (-20%; P<0.001) as well as shorter half-relaxation time (-13%; P<0.001) and reduced maximal rate of twitch tension development (-23%; P<0.001) and relaxation (-17%; P<0.05). A 1-h squash match play caused peripheral fatigue by impairing excitation-contraction coupling, whereas sarcolemmal excitability seems well preserved. Our results also emphasise the role of central activation failure as a possible mechanism contributing to the torque loss observed in knee extensors. Physical conditioners should consider these effects when defining their training programs for squash players.

Perceptual defense in anxiety disorders

RÉSUMÉ Plusieurs auteurs ont étudié la perception en fonction de la psychopathologie. Dans cette optique, Borgeat, David, Saucier et Dumont en 1994 et Borgeat, Sauvageau, David et Saucier en 1997 ont utilisé la méthode tachistoscopique afin de comparer, dans une étude prospective, la perception de stimuli émotionnels entre des femmes souffrant d'une dépression du post- partum et des femmes non atteintes. Par ailleurs, des études antérieures, notamment les travaux de MacLeod et Rutherford en 1992, avaient montré la possibilité d'un processus de perception différent entre sujets anxieux et non anxieux. L'étude actuelle pose l'hypothèse d'une interaction entre caractéristiques du stimulus et trouble anxieux du sujet. Cette hypothèse suppose donc un processus préconscient de l'information, avec analyse sémantique de cette dernière, à même d'influencer (inhiber ou faciliter) la perception de certains stimuli en fonction de leur charge affective. L'étude que nous présentons a pour but d'évaluer la perception de stimuli anxiogènes chez les patients atteints de troubles anxieux, et plus particulièrement chez des sujets souffrant d'attaque de panique et de troubles obsessionnels-compulsifs. A cette fin, nous avons choisi, contrairement à la plupart des études effectuées jusqu'à présent où la méthode Stroop avait été utilisée, la technique tachistoscopique qui, à notre avis, permet une mesure plus directe de la rapidité du processus perceptuel. Ainsi, trois groupes de sujets ont pris part à l'étude : un groupe contrôle (N = 22), un groupe de patients souffrant d'attaques de panique (N = 21) et un groupe de patients atteints de troubles obsessionnels-compulsifs (N = 20). Ces 63 sujets, âgés entre 18 et 60 ans, ont à la fois répondu au Fear Questionnaire ainsi qu'au Questionnaire Beck 13 pour la dépression et procédé à la reconnaissance de 42 mots (six groupes de sept mots) présentés aléatoirement à l'ordinateur, en cycles successifs de 15 millisecondes. Cinq parmi les six groupes de mots se référaient à un trouble anxieux spécifique, le sixième étant considéré comme un groupe de mots « neutres ». Le temps, en millisecondes, nécessaire à la reconnaissance de chaque mot a été enregistré. Les résultats montrent une lenteur de la part des patients souffrant d'attaques de panique pour la reconnaissance de tous les stimuli par rapport aux sujets contrôle, avec une performance intermédiaire entre les deux groupes pour les patients atteints de troubles obsessionnels-compulsifs. De plus, l'analyse statistique a révélé deux effets d'interaction : les patients atteints d'attaques de panique sont plus rapides à reconnaître le groupe de mots en rapport avec leur angoisse, de même que les patients soufflant de troubles obsessionnels- compulsifs ont un temps moyen de reconnaissance des mots en rapport avec leur trouble plus bas que prévu. Ces résultats amènent à une double conclusion. La première est que les patients anxieux manifestent une défense perceptuelle globale face aux stimuli anxiogènes en général, et que cette défense est plus marquée chez les patients atteints d'attaques de panique que chez les sujets souffrant de troubles obsessionnels-compulsifs. La deuxième est que ces mêmes patients, confrontés à des stimuli en rapport avec leur propre angoisse, montrent une vigilance accrue. Ainsi, ces données évoquent une double stratégie de traitement de l'information chez les patients anxieux : un évitement perceptuel général face à l'information émotionnellement chargée, et un traitement sélectif de l'information ayant un rapport direct avec l'angoisse dont ils soufflent. SUMMARY Prior research by MacLeod and Rutherford (1992) indicates that anxious subjects could have perceptual strategies different from nonanxious subjects. 42 verbal stimuli of six types (disease, social anxiety, panic, agoraphobia, obsessive-compulsive, and neutral) were tachistoscopically presented to three groups of subjects, aged 18 to 60 years: Panic Disorder group (n =21: 13 women and 8 men), and Obsessive-Compulsive Disorder group (n=20: 14 women and 6 men), recruited from an outpatient clinic, and a Control group (n=22: 14 women and 8 men), recruited among students and hospital staff. The times required for correct identification were generally longer for anxious subjects but quicker for stimuli specifically related to their disorder. The data could indicate a two-step perceptual strategy or two distinct ways of perceiving, usually, a generalized perceptual defense for a majority of anxiety-loaded stimuli, but also a selectively facilitated processing for stimuli specific to the disorder.

Interhemispheric coupling between the posterior sylvian regions impacts successful auditory temporal order judgment.

Accurate perception of the temporal order of sensory events is a prerequisite in numerous functions ranging from language comprehension to motor coordination. We investigated the spatio-temporal brain dynamics of auditory temporal order judgment (aTOJ) using electrical neuroimaging analyses of auditory evoked potentials (AEPs) recorded while participants completed a near-threshold task requiring spatial discrimination of left-right and right-left sound sequences. AEPs to sound pairs modulated topographically as a function of aTOJ accuracy over the 39-77ms post-stimulus period, indicating the engagement of distinct configurations of brain networks during early auditory processing stages. Source estimations revealed that accurate and inaccurate performance were linked to bilateral posterior sylvian regions activity (PSR). However, activity within left, but not right, PSR predicted behavioral performance suggesting that left PSR activity during early encoding phases of pairs of auditory spatial stimuli appears critical for the perception of their order of occurrence. Correlation analyses of source estimations further revealed that activity between left and right PSR was significantly correlated in the inaccurate but not accurate condition, indicating that aTOJ accuracy depends on the functional decoupling between homotopic PSR areas. These results support a model of temporal order processing wherein behaviorally relevant temporal information--i.e. a temporal 'stamp'--is extracted within the early stages of cortical processes within left PSR but critically modulated by inputs from right PSR. We discuss our results with regard to current models of temporal of temporal order processing, namely gating and latency mechanisms.

Real-time monitoring of protein conformational changes using a nano-mechanical sensor.

Proteins can switch between different conformations in response to stimuli, such as pH or temperature variations, or to the binding of ligands. Such plasticity and its kinetics can have a crucial functional role, and their characterization has taken center stage in protein research. As an example, Topoisomerases are particularly interesting enzymes capable of managing tangled and supercoiled double-stranded DNA, thus facilitating many physiological processes. In this work, we describe the use of a cantilever-based nanomotion sensor to characterize the dynamics of human topoisomerase II (Topo II) enzymes and their response to different kinds of ligands, such as ATP, which enhance the conformational dynamics. The sensitivity and time resolution of this sensor allow determining quantitatively the correlation between the ATP concentration and the rate of Topo II conformational changes. Furthermore, we show how to rationalize the experimental results in a comprehensive model that takes into account both the physics of the cantilever and the dynamics of the ATPase cycle of the enzyme, shedding light on the kinetics of the process. Finally, we study the effect of aclarubicin, an anticancer drug, demonstrating that it affects directly the Topo II molecule inhibiting its conformational changes. These results pave the way to a new way of studying the intrinsic dynamics of proteins and of protein complexes allowing new applications ranging from fundamental proteomics to drug discovery and development and possibly to clinical practice.

Working memory load improves early stages of independent visual processing.

Increasing evidence suggests that working memory and perceptual processes are dynamically interrelated due to modulating activity in overlapping brain networks. However, the direct influence of working memory on the spatio-temporal brain dynamics of behaviorally relevant intervening information remains unclear. To investigate this issue, subjects performed a visual proximity grid perception task under three different visual-spatial working memory (VSWM) load conditions. VSWM load was manipulated by asking subjects to memorize the spatial locations of 6 or 3 disks. The grid was always presented between the encoding and recognition of the disk pattern. As a baseline condition, grid stimuli were presented without a VSWM context. VSWM load altered both perceptual performance and neural networks active during intervening grid encoding. Participants performed faster and more accurately on a challenging perceptual task under high VSWM load as compared to the low load and the baseline condition. Visual evoked potential (VEP) analyses identified changes in the configuration of the underlying sources in one particular period occurring 160-190 ms post-stimulus onset. Source analyses further showed an occipito-parietal down-regulation concurrent to the increased involvement of temporal and frontal resources in the high VSWM context. Together, these data suggest that cognitive control mechanisms supporting working memory may selectively enhance concurrent visual processing related to an independent goal. More broadly, our findings are in line with theoretical models implicating the engagement of frontal regions in synchronizing and optimizing mnemonic and perceptual resources towards multiple goals.