Anti-basal ganglia antibodies and Tourette's syndrome: a voxel-based morphometry and diffusion tensor imaging study in an adult population.

Anti-basal ganglia antibodies (ABGAs) have been suggested to be a hallmark of autoimmunity in Gilles de la Tourette's syndrome (GTS), possibly related to prior exposure to streptococcal infection. In order to detect whether the presence of ABGAs was associated with subtle structural changes in GTS, whole-brain analysis using independent sets of T(1) and diffusion tensor imaging MRI-based methods were performed on 22 adults with GTS with (n = 9) and without (n = 13) detectable ABGAs in the serum. Voxel-based morphometry analysis failed to detect any significant difference in grey matter density between ABGA-positive and ABGA-negative groups in caudate nuclei, putamina, thalami and frontal lobes. These results suggest that ABGA synthesis is not related to structural changes in grey and white matter (detectable with these methods) within frontostriatal circuits.

Microautophagy of the nucleus coincides with a vacuolar diffusion barrier at nuclear-vacuolar junctions.

Nuclei bind yeast vacuoles via nucleus-vacuole (NV) junctions. Under nutrient restriction, NV junctions invaginate and release vesicles filled with nuclear material into vacuoles, resulting in piecemeal microautophagy of the nucleus (PMN). We show that the electrochemical gradient across the vacuolar membrane promotes invagination of NV junctions. Existing invaginations persist independently of the gradient, but final release of PMN vesicles requires again V-ATPase activity. We find that NV junctions form a diffusion barrier on the vacuolar membrane that excludes V-ATPase but is enriched in the VTC complex and accessible to other membrane-integral proteins. V-ATPase exclusion depends on the NV junction proteins Nvj1p,Vac8p, and the electrochemical gradient. It also depends on factors of lipid metabolism, such as the oxysterol binding protein Osh1p and the enoyl-CoA reductase Tsc13p, which are enriched in NV junctions, and on Lag1p and Fen1p. Our observations suggest that NV junctions form in two separable steps: Nvj1p and Vac8p suffice to establish contact between the two membranes. The electrochemical potential and lipid-modifying enzymes are needed to establish the vacuolar diffusion barrier, invaginate NV junctions, and form PMN vesicles.

Confirmation of functional zones within the human subthalamic nucleus: patterns of connectivity and sub-parcellation using diffusion weighted imaging.

The subthalamic nucleus (STN) is a small, glutamatergic nucleus situated in the diencephalon. A critical component of normal motor function, it has become a key target for deep brain stimulation in the treatment of Parkinson's disease. Animal studies have demonstrated the existence of three functional sub-zones but these have never been shown conclusively in humans. In this work, a data driven method with diffusion weighted imaging demonstrated that three distinct clusters exist within the human STN based on brain connectivity profiles. The STN was successfully sub-parcellated into these regions, demonstrating good correspondence with that described in the animal literature. The local connectivity of each sub-region supported the hypothesis of bilateral limbic, associative and motor regions occupying the anterior, mid and posterior portions of the nucleus respectively. This study is the first to achieve in-vivo, non-invasive anatomical parcellation of the human STN into three anatomical zones within normal diagnostic scan times, which has important future implications for deep brain stimulation surgery.

Diffusion spectrum imaging shows the structural basis of functional cerebellar circuits in the human cerebellum in vivo.

BACKGROUND: The cerebellum is a complex structure that can be affected by several congenital and acquired diseases leading to alteration of its function and neuronal circuits. Identifying the structural bases of cerebellar neuronal networks in humans in vivo may provide biomarkers for diagnosis and management of cerebellar diseases. OBJECTIVES: To define the anatomy of intrinsic and extrinsic cerebellar circuits using high-angular resolution diffusion spectrum imaging (DSI). METHODS: We acquired high-resolution structural MRI and DSI of the cerebellum in four healthy female subjects at 3T. DSI tractography based on a streamline algorithm was performed to identify the circuits connecting the cerebellar cortex with the deep cerebellar nuclei, selected brainstem nuclei, and the thalamus. RESULTS: Using in-vivo DSI in humans we were able to demonstrate the structure of the following cerebellar neuronal circuits: (1) connections of the inferior olivary nucleus with the cerebellar cortex, and with the deep cerebellar nuclei (2) connections between the cerebellar cortex and the deep cerebellar nuclei, (3) connections of the deep cerebellar nuclei conveyed in the superior (SCP), middle (MCP) and inferior (ICP) cerebellar peduncles, (4) complex intersections of fibers in the SCP, MCP and ICP, and (5) connections between the deep cerebellar nuclei and the red nucleus and the thalamus. CONCLUSION: For the first time, we show that DSI tractography in humans in vivo is capable of revealing the structural bases of complex cerebellar networks. DSI thus appears to be a promising imaging method for characterizing anatomical disruptions that occur in cerebellar diseases, and for monitoring response to therapeutic interventions.

De l'IRM de diffusion au connectome.

Objectifs: Comprendre les principes physique de la diffusion. Comprendre le principe de mesure de la diffusion par IRM. Ccomprendre la relation entre la diffusion de l'eau en milieu biologique et l'organisation de la matière blanche. Comprendre comment cartographier la connectivité cérébrale par irm de diffusion. Messages à retenir: Les propriétés de diffusion du tissu cérébral sont conditionnées par l'architecture axonale. La mesure de la diffusion par IRM permet de cartographier les trajectoires de fibres nerveuses et donc la connectivité cérébrale. La connectivité cérébrale peut être mesurés de manière non-invasive. Résumé: La "connectomique" est un domaine émergeant et prometteur des neurosciences qui utilise l'IRM de diffusion en combinaison avec des traitements algorithmiques avancés afin de mesurer les trajectoires de faisceaux de fibres et la connectivité cérébrale permettant d'étudier l'organisation de la structure du réseau neuronal cérébral dans son ensemble. Lors de ce cours nous reverrons les méthodes rendant cette cartographie possible et exposerons les techniques d'analyse utilisées pour obtenir de nouvelles informations sur l'architecture cérébrale. Nous reverrons également un certains nombre d'exemple d'applications où la connectomique offre une nouvelle manière d'analyser et de comprendre le fonctionnement du cerveau normal ou malade.

Policy Diffusion: An Agent-Based Approach

Methods like Event History Analysis can show the existence of diffusion and part of its nature, but do not study the process itself. Nowadays, thanks to the increasing performance of computers, processes can be studied using computational modeling. This thesis presents an agent-based model of policy diffusion mainly inspired from the model developed by Braun and Gilardi (2006). I first start by developing a theoretical framework of policy diffusion that presents the main internal drivers of policy diffusion - such as the preference for the policy, the effectiveness of the policy, the institutional constraints, and the ideology - and its main mechanisms, namely learning, competition, emulation, and coercion. Therefore diffusion, expressed by these interdependencies, is a complex process that needs to be studied with computational agent-based modeling. In a second step, computational agent-based modeling is defined along with its most significant concepts: complexity and emergence. Using computational agent-based modeling implies the development of an algorithm and its programming. When this latter has been developed, we let the different agents interact. Consequently, a phenomenon of diffusion, derived from learning, emerges, meaning that the choice made by an agent is conditional to that made by its neighbors. As a result, learning follows an inverted S-curve, which leads to partial convergence - global divergence and local convergence - that triggers the emergence of political clusters; i.e. the creation of regions with the same policy. Furthermore, the average effectiveness in this computational world tends to follow a J-shaped curve, meaning that not only time is needed for a policy to deploy its effects, but that it also takes time for a country to find the best-suited policy. To conclude, diffusion is an emergent phenomenon from complex interactions and its outcomes as ensued from my model are in line with the theoretical expectations and the empirical evidence.Les méthodes d'analyse de biographie (event history analysis) permettent de mettre en évidence l'existence de phénomènes de diffusion et de les décrire, mais ne permettent pas d'en étudier le processus. Les simulations informatiques, grâce aux performances croissantes des ordinateurs, rendent possible l'étude des processus en tant que tels. Cette thèse, basée sur le modèle théorique développé par Braun et Gilardi (2006), présente une simulation centrée sur les agents des phénomènes de diffusion des politiques. Le point de départ de ce travail met en lumière, au niveau théorique, les principaux facteurs de changement internes à un pays : la préférence pour une politique donnée, l'efficacité de cette dernière, les contraintes institutionnelles, l'idéologie, et les principaux mécanismes de diffusion que sont l'apprentissage, la compétition, l'émulation et la coercition. La diffusion, définie par l'interdépendance des différents acteurs, est un système complexe dont l'étude est rendue possible par les simulations centrées sur les agents. Au niveau méthodologique, nous présenterons également les principaux concepts sous-jacents aux simulations, notamment la complexité et l'émergence. De plus, l'utilisation de simulations informatiques implique le développement d'un algorithme et sa programmation. Cette dernière réalisée, les agents peuvent interagir, avec comme résultat l'émergence d'un phénomène de diffusion, dérivé de l'apprentissage, où le choix d'un agent dépend en grande partie de ceux faits par ses voisins. De plus, ce phénomène suit une courbe en S caractéristique, poussant à la création de régions politiquement identiques, mais divergentes au niveau globale. Enfin, l'efficacité moyenne, dans ce monde simulé, suit une courbe en J, ce qui signifie qu'il faut du temps, non seulement pour que la politique montre ses effets, mais également pour qu'un pays introduise la politique la plus efficace. En conclusion, la diffusion est un phénomène émergent résultant d'interactions complexes dont les résultats du processus tel que développé dans ce modèle correspondent tant aux attentes théoriques qu'aux résultats pratiques.

Respiratory motion artifact suppression in diffusion-weighted MR imaging of the spine.

Diffusion-weighted spin-echo imaging of the spine has been successfully implemented for differentiation of benign fracture edema and tumor infiltration of the vertebral body. Nevertheless, this technique still suffers from insufficient image quality in numerous patients due to motion artifacts. The aim of this study was to investigate the impact of variable respiratory motion artifact suppression techniques on image quality in diffusion-weighted spin-echo imaging of the spine. In addition to phase-encoding reordering, a newly implemented right hemi-diaphragmaitc navigator for respiratory gating was used. Subjective and objective image quality parameters were compared. Respiratory motion artifact suppression has a major impact on image quality in diffusion-weighted imaging of the spine. Phase-encoding reordering does not enhance image quality while right hemi-diaphragmatic respiratory navigator gating significantly improves image quality at the cost of data acquisition time. Navigator gating should be used if standard spin-echo diffusion-weighted imaging demonstrates insufficient image quality.

IRM de diffusion dans l'exploration des tumeurs du foie.

Messages à retenir: Connaître le principe physique de l'imagerie de diffusion (DWI) à l'IRM adaptée à l'exploration des tumeurs du foie.Savoir la bonne technique d'acquisition des séquences pour évaluer la diffusion du parenchyme hépatique ainsi que des lésions focales intra -hépatiques les plusfréquentes.Apprendre l'utilité de la DWI pour évaluer le succès d'un traitement médical oncologique ou interventionnel .Discuter les avantages et les pièges liés à la DWI hépatique susceptibles d'influencer l'interprétation des tumeurs hépatiques. Résumé: Le principe d'imagerie de diffusion (DWI) à l'IRM repose sur la mobilité des molécules d'eau dans les différents tissus. Ce «mouvement Brownien» dépend de lacellularité tissulaire , des membranes cellulaires intactes et de la vascularisation . L'augmentation de ces paramètres précités résulte en une restriction de ladiffusion moléculaire, caractérisée par un hypersignal, puis quantifié par le calcul d'un coefficient apparent de diffusion (ADC). Basée sur des séquenceséchoplanaires pondérées en T2, la technique d'acquisition est rapide et non-invasive, donc souvent intégrée à l'IRM hépatique de routine. La DWI s'est révéléetrès sensible pour la détection de tumeurs hépatiques, même à un diamètre infracentimétrique. Néanmoins, sans être très spécifique, elle ne donne pas d'information certaine sur le caractère bénin ou malin, et elle doit être interprétée avec les autres séquences d'IRM et dans le contexte clinique donné. L'informationdiagnostique résultant de la DWI est morphologique et fonctionnelle, ce qui permet d'évaluer le succès de traitements oncologiques, notamment en absence dechangement de taille ou persistance de prise de contraste des lésions hépatiques. Très sensibles aux mouvements respiratoires, la DWI hépatique peut êtreaccompagnée d'artéfacts, qui influencent le calcul de l'ADC dont la valeur dépend de la machine IRM utilisée.

Characterization of root apoplastic barriers in Arabidopsis thaliana

In vascular plants, the best-known feature of a differentiated endodermal cell is the "Casparian Strip" (CS). This structure refers to a highly localized cell wall impregnation in the transversal and anticlinal walls of the cell, which surrounds the cell like a belt/ring and is tightly coordinated with respect to neighboring cells. Analogous to tight junctions in animal epithelia, CS in plants act as a diffusion barrier that controls the movement of water and ions from soil into the stele. Since its first description by Robert Caspary in 1865 there have been many attempts to identify the chemical nature of the cell wall deposition in CS. Suberin, lignin, or both have been claimed to be the important components of CS in a series of different species. However, the exact chemical composition of CS has remained enigmatic. This controversy was due to the confusion and lack of knowledge regarding the precise measurement of three developmental stages of the endodermis. The CS represent only the primary stage of endodermal differentiation, which is followed by the deposition of suberin lamellae all around the cellular surface of endodermal cells (secondary developmental stage). Therefore, chemical analysis of whole roots, or even of isolated endodermal tissues, will always find both of the polymers present. It was crucial to clarify this point because this will guide our efforts to understand which cell wall biosynthetic component becomes localized in order to form the CS. The main aim of my work was to find out the major components of (early) CS, as well as their spatial and temporal development, physiological roles and relationship to barrier formation. Employing the knowledge and tools that have been accumulated over the last few years in the model plant Arabidopsis thaliana, various histological and chemical assays were used in this study. A particular feature of my work was to completely degrade, or inhibit formation of lignin and suberin biopolymers by biochemical, classical genetic and molecular approaches and to investigate its effect on CS formation and the establishment of a functional diffusion barrier. Strikingly, interference with monolignol biosynthesis abrogates CS formation and delays the formation of function diffusion barrier. In contrast, transgenic plants devoid of any detectable suberin still develop a functional CS. The combination of all these assays clearly demonstrates that the early CS polymer is made from monolignol (lignin monomers) and is composed of lignin. By contrast, suberin is formed much later as a secondary wall during development of endodermis. These early CS are functionally sufficient to block extracellular diffusion and suberin does not play important role in the establishment of early endodermal diffusion barrier. Moreover, suberin biosynthetic machinery is not present at the time of CS formation. Our study finally concludes the long-standing debate about the chemical nature of CS and opens the door to a new approach in lignin research, specifically for the identification of the components of the CS biosynthetic pathway that mediates the localized deposition of cell walls. I also made some efforts to understand the patterning and differentiation of endodermal passage cells in young roots. In the literature, passage cells are defined as a non- suberized xylem pole associated endodermal cells. Since these cells only contain the CS but not the suberin lamellae, it has been assumed that these cells may offer a continued low-resistance pathway for water and minerals into the stele. Thus far, no genes have been found to be expressed specifically in passage cells. In order to understand the patterning, differentiation, and physiological role of passage it would be crucial to identify some genes that are exclusively expressed in these cells. In order to identify such genes, I first generated fluorescent marker lines of stele-expressed transporters that have been reported to be expressed in the passage cells. My aim was to first highlight the passage cells in a non-specific way. In order to find passage cell specific genes I then adapted a two-component system based on previously published methods for gene expression profiling of individual cell types. This approach will allow us to target only the passage cells and then to study gene expression specifically in this cell type. Taken together, this preparatory work will provide an entry point to understand the formation and role of endodermal passage cells. - Chez les plantes vasculaires, la caractéristique la plus commune des cellules différentiées de l'endoderme est la présence de cadres de Caspary. Cette structure correspond à une imprégnation localisée des parties transversales et anticlinales de la paroi cellulaire. Cela donne naissance, autour de la cellule, à un anneau/cadre qui est coordonné par rapport aux cellules voisines. De manière analogue aux jonctions serrées des épithéliums chez les animaux, les cadres de Caspary agissent chez les plantes comme barrière de diffusion, contrôlant le mouvement de l'eau et des ions à travers la racine entre le sol et la stèle. Depuis leur première description par Robert Caspary en 1865, beaucoup de tentatives ont eu pour but de définir la nature chimique de ces cadres de Caspary. Après l'étude de différentes espèces végétales, à la fois la subérine, la lignine ou les deux ont été revendiquées comme étant des composants importants de ces cadres. Malgré tout, leur nature chimique exacte est restée longtemps énigmatique. Cette controverse provient de la confusion et du manque de connaissance concernant la détermination précise des trois stades de développement de l'endoderme. Les cadres de Caspary représentent uniquement le stade primaire de différentiation de l'endoderme. Celui-ci est suivi par le second stade de différentiation, la déposition de lamelles de subérine tout autour de la cellule endodermal. De ce fait, l'analyse chimique de racines entières ou de cellules d'endoderme isolées ne permet pas de séparer les stades de différentiation primaire et secondaire et aboutit donc à la présence des deux polymères. Il est également crucial de clarifier ce point dans le but de connaître quelle machinerie cellulaire localisée à la paroi cellulaire permet l'élaboration des cadres de Caspary. En utilisant les connaissances et les outils accumulés récemment grâce à la plante modèle Arabidopsis thaliana, divers techniques histologiques et chimiques ont été utilisées dans cette étude. Un point particulier de mon travail a été de dégrader ou d'inhiber complètement la formation de lignine ou de subérine en utilisant des approches de génétique classique ou moléculaire. Le but étant d'observer l'effet de l'absence d'un de ces deux polymères sur la formation des cadres de Caspary et l'établissement d'une barrière de diffusion fonctionnelle. De manière frappante, le fait d'interférer avec la voie de biosynthèse de monolignol (monomères de lignine) abolit la formation des cadres de Caspary et retarde l'élaboration d'une barrière de diffusion fonctionnelle. Par contre, des plantes transgéniques dépourvues d'une quantité détectable de subérine sont quant à elles toujours capables de développer des cadres de Caspary fonctionnels. Mises en commun, ces expériences démontrent que le polymère formant les cadres de Caspary dans la partie jeune de la racine est fait de monolignol, et que de ce fait il s'agit de lignine. La subérine, quant à elle, est formée bien plus tard durant le développement de l'endoderme, de plus il s'agit d'une modification de la paroi secondaire. Ces cadres de Caspary précoces faits de lignine suffisent donc à bloquer la diffusion extracellulaire, contrairement à la subérine. De plus, la machinerie de biosynthèse de la subérine n'est pas encore présente au moment de la formation des cadres de Caspary. Notre étude permet donc de mettre un terme au long débat concernant la nature chimique des cadres de Caspary. De plus, elle ouvre la porte à de nouvelles approches dans la recherche sur la lignine, plus particulièrement pour identifier des composants permettant la déposition localisée de ce polymère dans la paroi cellulaire. J'ai aussi fais des efforts pour mettre en évidence la formation ainsi que le rôle des cellules de passage dans les jeunes racines. Dans la littérature, les cellules de passage sont définies comme de la cellule endodermal faisant face aux pôles xylèmes et dont la paroi n'est pas subérisée. Du fait que ces cellules contiennent uniquement des cadres de Caspary et pas de lamelle de subérine, il a été supposé qu'elles ne devraient offrir que peu de résistance au passage de l'eau et des nutriments entre le sol et la stèle. Le rôle de ces cellules de passage est toujours loin d'être clair, de plus aucun gène s'exprimant spécifiquement dans ces cellules n'a été découvert à ce jour. De manière à identifier de tels gènes, j'ai tout d'abord généré des marqueurs fluorescents pour des transporteurs exprimés dans la stèle mais dont l'expression avait également été signalée dans l'endoderme, uniquement dans les cellules de passage. J'ai ensuite développé un système à deux composants basé sur des méthodes déjà publiées, visant principalement à étudier le profil d'expression génique dans un type cellulaire donné. En recoupant les gènes exprimés spécifiquement dans l'endoderme à ceux exprimés dans la stèle et les cellules de passage, il nous sera possible d'identifier le transriptome spécifique de ces cellules. Pris dans leur ensemble, ces résultats devraient donner un bon point d'entrée dans la définition et la compréhension des cellules de passage.

Why do scientists migrate? A diffusion model

The article is intended to improve our understanding of the reasons underlying the intellectual migration of scientists from well-known cognitive domains to nascent scientific fields. To that purpose we present, first, a number of findings from the sociology of science that give different insights about this phenomenon. We then attempt to bring some of these insights together under the conceptual roof of an actor-based approach linking expected utility and diffusion theory. Intellectual migration is regarded as the rational choice of scientists who decide under uncertainty and on the base of a number of decision-making variables, which define probabilities, costs, and benefits of the migration.

Struggles for meaning and struggles for control: the diffusion of bandwagon technology in two institutional environments

In this thesis, I examine the diffusion process for a complex medical technology, the PET scanner, in two different health care systems, one of which is more market-oriented (Switzerland) and the other more centrally managed by a public agency (Quebec). The research draws on institutional and socio-political theories of the diffusion of innovations to examine how institutional contexts affect processes of diffusion. I find that diffusion proceeds more rapidly in Switzerland than in Quebec, but that processes in both jurisdictions are characterized by intense struggles among providers and between providers and public agencies. I show that the institutional environment influences these processes by determining the patterns of material resources and authority available to actors in their struggles to strategically control the technology, and by constituting the discursive resources or institutional logics on which actors may legitimately draw in their struggles to give meaning to the technology in line with their interests and values. This thesis illustrates how institutional structures and meanings manifest themselves in the context of specific decisions within an organizational field, and reveals the ways in which governance structures may be contested and realigned when they conflict with interests that are legitimized by dominant institutional logics. It is argued that this form of contestation and readjustment at the margins constitutes one mechanism by which institutional frameworks are tested, stretched and reproduced or redefined.

Representing diffusion MRI in 5D for segmentation of white matter tracts with a level set method.

We present a method for segmenting white matter tracts from high angular resolution diffusion MR. images by representing the data in a 5 dimensional space of position and orientation. Whereas crossing fiber tracts cannot be separated in 3D position space, they clearly disentangle in 5D position-orientation space. The segmentation is done using a 5D level set method applied to hyper-surfaces evolving in 5D position-orientation space. In this paper we present a methodology for constructing the position-orientation space. We then show how to implement the standard level set method in such a non-Euclidean high dimensional space. The level set theory is basically defined for N-dimensions but there are several practical implementation details to consider, such as mean curvature. Finally, we will show results from a synthetic model and a few preliminary results on real data of a human brain acquired by high angular resolution diffusion MRI.