Cognitive and structural aspects of addiction: Relation between iris patterns, time perception, eyeblink rate, impulsivity and cigarette addiction

Objectif : Le but de ce travail est d'étudier les corrélations existantes entre les patterns de l'iris, la perception du temps et la fréquence de clignement des paupières (eye blink rate) et ceci en relation avec l'addiction à la cigarette. Méthodologie: Revue de la littérature existante. Expériences sur une cohorte d'au moins trente sujets fumeurs/non-fumeurs. Analyses statistiques. Résultats: Nos résultats confirment qu'il existe des relations entre l'impulsivité, les patterns d'iris, l'eye blink rate spontané et la perception du temps. Nous observons également que l'addiction à la cigarette et son niveau de dépendance ont une influence sur ces différentes mesures. En effet, les sujets fumeurs tendent à avoir une personnalité plus impulsive par rapport aux sujets contrôles. On remarque également une nette diminution de l'eye blink rate dans le groupe des fumeurs et une tendance à la sur-estimation du temps qui passe. Conclusion : Ce travail nous permet de mieux comprendre les différentes corrélations qui existent entre les différentes variables que nous avons mesurées (patterns d'iris, score d'impulsivité et eye blink rate) ainsi que leur relation à l'addiction à la cigarette. Dès lors qu'il est avéré que les fumeurs peuvent avoir une perception du temps altérée par rapport au groupe contrôle, il serait intéressant d'en étudier l'évolution sur le long terme (aggravation avec la durée du tabagisme actif) ainsi que les conséquences qui en découlent écologiquement au moyen d'études longitudinales et de terrain.

Regional and hemispheric determinants of language laterality: Implications for preoperative fMRI.

Language is typically a function of the left hemisphere but the right hemisphere is also essential in some healthy individuals and patients. This inter-subject variability necessitates the localization of language function, at the individual level, prior to neurosurgical intervention. Such assessments are typically made by comparing left and right hemisphere language function to determine "language lateralization" using clinical tests or fMRI. Here, we show that language function needs to be assessed at the region and hemisphere specific level, because laterality measures can be misleading. Using fMRI data from 82 healthy participants, we investigated the degree to which activation for a semantic word matching task was lateralized in 50 different brain regions and across the entire cortex. This revealed two novel findings. First, the degree to which language is lateralized across brain regions and between subjects was primarily driven by differences in right hemisphere activation rather than differences in left hemisphere activation. Second, we found that healthy subjects who have relatively high left lateralization in the angular gyrus also have relatively low left lateralization in the ventral precentral gyrus. These findings illustrate spatial heterogeneity in language lateralization that is lost when global laterality measures are considered. It is likely that the complex spatial variability we observed in healthy controls is more exaggerated in patients with brain damage. We therefore highlight the importance of investigating within hemisphere regional variations in fMRI activation, prior to neuro-surgical intervention, to determine how each hemisphere and each region contributes to language processing. Hum Brain Mapp, 2010. © 2010 Wiley-Liss, Inc.

Cognitive anatomy of the temporal lobe: Effect of personality in population with mild cognitive impairment & Functional specialization for memory systems in healthy individuals.

Résumé: L'impact de la maladie d'Alzheimer (MA) est dévastateur pour la vie quotidienne de la personne affectée, avec perte progressive de la mémoire et d'autres facultés cognitives jusqu'à la démence. Il n'existe toujours pas de traitement contre cette maladie et il y a aussi une grande incertitude sur le diagnostic des premiers stades de la MA. La signature anatomique de la MA, en particulier l'atrophie du lobe temporal moyen (LTM) mesurée avec la neuroimagerie, peut être utilisée comme un biomarqueur précoce, in vivo, des premiers stades de la MA. Toutefois, malgré le rôle évident du LMT dans les processus de la mémoire, nous savons que les modèles anatomiques prédictifs de la MA basés seulement sur des mesures d'atrophie du LTM n'expliquent pas tous les cas cliniques. Au cours de ma thèse, j'ai conduit trois projets pour comprendre l'anatomie et le fonctionnement du LMT dans (1) les processus de la maladie et dans (2) les processus de mémoire ainsi que (3) ceux de l'apprentissage. Je me suis intéressée à une population avec déficit cognitif léger (« Mild Cognitive Impairment », MCI), à risque pour la MA. Le but du premier projet était de tester l'hypothèse que des facteurs, autres que ceux cognitifs, tels que les traits de personnalité peuvent expliquer les différences interindividuelles dans le LTM. De plus, la diversité phénotypique des manifestations précliniques de la MA provient aussi d'une connaissance limitée des processus de mémoire et d'apprentissage dans le cerveau sain. L'objectif du deuxième projet porte sur l'investigation des sous-régions du LTM, et plus particulièrement de leur contribution dans différentes composantes de la mémoire de reconnaissance chez le sujet sain. Pour étudier cela, j'ai utilisé une nouvelle méthode multivariée ainsi que l'IRM à haute résolution pour tester la contribution de ces sous-régions dans les processus de familiarité (« ou Know ») et de remémoration (ou « Recollection »). Finalement, l'objectif du troisième projet était de tester la contribution du LTM en tant que système de mémoire dans l'apprentissage et l'interaction dynamique entre différents systèmes de mémoire durant l'apprentissage. Les résultats du premier projet montrent que, en plus du déficit cognitif observé dans une population avec MCI, les traits de personnalité peuvent expliquer les différences interindividuelles du LTM ; notamment avec une plus grande contribution du neuroticisme liée à une vulnérabilité au stress et à la dépression. Mon étude a permis d'identifier un pattern d'anormalité anatomique dans le LTM associé à la personnalité avec des mesures de volume et de diffusion moyenne du tissu. Ce pattern est caractérisé par une asymétrie droite-gauche du LTM et un gradient antéro-postérieur dans le LTM. J'ai interprété ce résultat par des propriétés tissulaires et neurochimiques différemment sensibles au stress. Les résultats de mon deuxième projet ont contribué au débat actuel sur la contribution des sous-régions du LTM dans les processus de familiarité et de remémoration. Utilisant une nouvelle méthode multivariée, les résultats supportent premièrement une dissociation des sous-régions associées aux différentes composantes de la mémoire. L'hippocampe est le plus associé à la mémoire de type remémoration et le cortex parahippocampique, à la mémoire de type familiarité. Deuxièmement, l'activation correspondant à la trace mnésique pour chaque type de mémoire est caractérisée par une distribution spatiale distincte. La représentation neuronale spécifique, « sparse-distributed», associée à la mémoire de remémoration dans l'hippocampe serait la meilleure manière d'encoder rapidement des souvenirs détaillés sans interférer les souvenirs précédemment stockés. Dans mon troisième projet, j'ai mis en place une tâche d'apprentissage en IRM fonctionnelle pour étudier les processus d'apprentissage d'associations probabilistes basé sur le feedback/récompense. Cette étude m'a permis de mettre en évidence le rôle du LTM dans l'apprentissage et l'interaction entre différents systèmes de mémoire comme la mémoire procédurale, perceptuelle ou d'amorçage et la mémoire de travail. Nous avons trouvé des activations dans le LTM correspondant à un processus de mémoire épisodique; les ganglions de la base (GB), à la mémoire procédurale et la récompense; le cortex occipito-temporal (OT), à la mémoire de représentation perceptive ou l'amorçage et le cortex préfrontal, à la mémoire de travail. Nous avons également observé que ces régions peuvent interagir; le type de relation entre le LTM et les GB a été interprété comme une compétition, ce qui a déjà été reporté dans des études récentes. De plus, avec un modèle dynamique causal, j'ai démontré l'existence d'une connectivité effective entre des régions. Elle se caractérise par une influence causale de type « top-down » venant de régions corticales associées avec des processus de plus haut niveau venant du cortex préfrontal sur des régions corticales plus primaires comme le OT cortex. Cette influence diminue au cours du de l'apprentissage; cela pourrait correspondre à un mécanisme de diminution de l'erreur de prédiction. Mon interprétation est que cela est à l'origine de la connaissance sémantique. J'ai également montré que les choix du sujet et l'activation cérébrale associée sont influencés par les traits de personnalité et des états affectifs négatifs. Les résultats de cette thèse m'ont amenée à proposer (1) un modèle expliquant les mécanismes possibles liés à l'influence de la personnalité sur le LTM dans une population avec MCI, (2) une dissociation des sous-régions du LTM dans différents types de mémoire et une représentation neuronale spécifique à ces régions. Cela pourrait être une piste pour résoudre les débats actuels sur la mémoire de reconnaissance. Finalement, (3) le LTM est aussi un système de mémoire impliqué dans l'apprentissage et qui peut interagir avec les GB par une compétition. Nous avons aussi mis en évidence une interaction dynamique de type « top -down » et « bottom-up » entre le cortex préfrontal et le cortex OT. En conclusion, les résultats peuvent donner des indices afin de mieux comprendre certains dysfonctionnements de la mémoire liés à l'âge et la maladie d'Alzheimer ainsi qu'à améliorer le développement de traitement. Abstract: The impact of Alzheimer's disease is devastating for the daily life of the affected patients, with progressive loss of memory and other cognitive skills until dementia. We still lack disease modifying treatment and there is also a great amount of uncertainty regarding the accuracy of diagnostic classification in the early stages of AD. The anatomical signature of AD, in particular the medial temporal lobe (MTL) atrophy measured with neuroimaging, can be used as an early in vivo biomarker in early stages of AD. However, despite the evident role of MTL in memory, we know that the derived predictive anatomical model based only on measures of brain atrophy in MTL does not explain all clinical cases. Throughout my thesis, I have conducted three projects to understand the anatomy and the functioning of MTL on (1) disease's progression, (2) memory process and (3) learning process. I was interested in a population with mild cognitive impairment (MCI), at risk for AD. The objective of the first project was to test the hypothesis that factors, other than the cognitive ones, such as the personality traits, can explain inter-individual differences in the MTL. Moreover, the phenotypic diversity in the manifestations of preclinical AD arises also from the limited knowledge of memory and learning processes in healthy brain. The objective of the second project concerns the investigation of sub-regions of the MTL, and more particularly their contributions in the different components of recognition memory in healthy subjects. To study that, I have used a new multivariate method as well as MRI at high resolution to test the contribution of those sub-regions in the processes of familiarity and recollection. Finally, the objective of the third project was to test the contribution of the MTL as a memory system in learning and the dynamic interaction between memory systems during learning. The results of the first project show that, beyond cognitive state of impairment observed in the population with MCI, the personality traits can explain the inter-individual differences in the MTL; notably with a higher contribution of neuroticism linked to proneness to stress and depression. My study has allowed identifying a pattern of anatomical abnormality in the MTL related to personality with measures of volume and mean diffusion of the tissue. That pattern is characterized by right-left asymmetry in MTL and an anterior to posterior gradient within MTL. I have interpreted that result by tissue and neurochemical properties differently sensitive to stress. Results of my second project have contributed to the actual debate on the contribution of MTL sub-regions in the processes of familiarity and recollection. Using a new multivariate method, the results support firstly a dissociation of the subregions associated with different memory components. The hippocampus was mostly associated with recollection and the surrounding parahippocampal cortex, with familiarity type of memory. Secondly, the activation corresponding to the mensic trace for each type of memory is characterized by a distinct spatial distribution. The specific neuronal representation, "sparse-distributed", associated with recollection in the hippocampus would be the best way to rapidly encode detailed memories without overwriting previously stored memories. In the third project, I have created a learning task with functional MRI to sudy the processes of learning of probabilistic associations based on feedback/reward. That study allowed me to highlight the role of the MTL in learning and the interaction between different memory systems such as the procedural memory, the perceptual memory or priming and the working memory. We have found activations in the MTL corresponding to a process of episodic memory; the basal ganglia (BG), to a procedural memory and reward; the occipito-temporal (OT) cortex, to a perceptive memory or priming and the prefrontal cortex, to working memory. We have also observed that those regions can interact; the relation type between the MTL and the BG has been interpreted as a competition. In addition, with a dynamic causal model, I have demonstrated a "top-down" influence from cortical regions associated with high level cortical area such as the prefrontal cortex on lower level cortical regions such as the OT cortex. That influence decreases during learning; that could correspond to a mechanism linked to a diminution of prediction error. My interpretation is that this is at the origin of the semantic knowledge. I have also shown that the subject's choice and the associated brain activation are influenced by personality traits and negative affects. Overall results of this thesis have brought me to propose (1) a model explaining the possible mechanism linked to the influence of personality on the MTL in a population with MCI, (2) a dissociation of MTL sub-regions in different memory types and a neuronal representation specific to each region. This could be a cue to resolve the actual debates on recognition memory. Finally, (3) the MTL is also a system involved in learning and that can interact with the BG by a competition. We have also shown a dynamic interaction of « top -down » and « bottom-up » types between the pre-frontal cortex and the OT cortex. In conclusion, the results could give cues to better understand some memory dysfunctions in aging and Alzheimer's disease and to improve development of treatment.

Aspects génétiques de la consommation de tabac et prise en charge clinique [Genetic aspects of smoking and impact on clinical care]

Tobacco smoking is a major public health issue and a better understanding of tobacco addiction represents an important challenge. Many factors are involved in tobacco addiction, including genetic factors. Taking them into account in smoking cessation programs would allow to better adapt these programs to individual characteristics and improve their rate of success. Given enzymatic induction by tobacco smoke, smoking cessation can nevertheless have important consequences on the metabolism of some drugs, that have to be taken into consideration. Here we present different clinical and genetic aspects of smoking and of smoking cessation. A dose adjustment of drugs influenced by tobacco smoke is proposed when quitting smoking.

Medical aspects of helicopter rescue missions involving winching of a physician

Introduction: Whereas the use of helicopters as a rapid means toreach victims and to bring them to a secure place is well-recognized,very few data are available about the value of winching physicians toprovide medical care for the victims directly on-site. We sought to studythe medical aspects of alpine helicopter rescue operations involving thewinching of an emergency physician to the victim.Methods: We retrospectively reviewed the medical reports of a singlehelicopter-based emergency medical service. Data from 1 January 2003to 31 December 2008 were analyzed. Cases with emergency callindicating that the victim was deceased were excluded. Data includedthe category (trauma or illnesses), and severity (NACA score) of theinjuries, along with the main medical procedures performed on site.Results: 9879 rescue missions were conducted between 1 January2003 and 31 December 2008. The 921 (9.3%) missions involvingwinching of the emergency physician were analysed. 840 (91%)patients suffered from trauma-related injuries. The cases of the 81 (9%)people presenting with medical emergencies were, when compared tothe trauma victims, significantly more severe according to the NACAindex (p <0.001). Overall, 246 (27%) patients had a severe injury orillness, namely, a potential or overt vital threat (NACA score between4-6, table 1). A total of 478 (52%) patients required administration ofmajor analgesics: fentanyl (443 patients; 48%), ketamine (42 patients;5%) or morphine (7 patients; 1%). The mean dose of fentanyl was 188micrograms (range 25-750, SD 127). Major medical interventions wereperformed 72 times on 39 (4%) patients (table 2).Conclusions: The severity of the patients' injuries or illnesses alongwith the high proportion of medical procedures performed directlyon-site validate emergency physician winching for advanced life supportprocedures and analgesia.

Hypertension: which aspects of hypertension should we impact on and how?

Cardiovascular complications may, to a large extent, be prevented by lowering blood pressure in hypertensive patients. International recommendations currently stress the importance of reaching values of below 140/90 mmHg in each patient or even lower in the case of concomitant diabetes or renal impairment. It is currently considered crucial to control the systolic pressure as well as the diastolic pressure, in particular because the relationship between cardiovascular risk and blood pressure is closer for the systolic than the diastolic value. An increase in systolic pressure is in itself a sign of the stiffening of the arterial tree. In most patients, the target pressure may only be reached by combining several different antihypertensive agents. In the STRATHE Study, a greater antihypertensive efficacy, in particular on systolic pressure, was obtained by instituting treatment with a fixed low-dose combination of an angiotensin-converting enzyme inhibitor (perindopril) and a diuretic (indapamide), in comparison with other therapeutic strategies based on single-agent therapy. Fixed-dose antihypertensive combinations have now become a validated option for initiating antihypertensive treatment.

INTERCELLULAR AND SYSTEM-LEVEL ASPECTS OF THE METABOLIC INTERACTIONS BETWEEN NEURONS AND GLIA

Quand on parle de l'acide lactique (aussi connu sous le nom de lactate) une des premières choses qui vient à l'esprit, c'est son implication en cas d'intense activité musculaire. Sa production pendant une activité physique prolongée est associée avec la sensation de fatigue. Il n'est donc pas étonnant que cette molécule ait été longtemps considérée comme un résidu du métabolisme, possiblement toxique et donc à éliminer. En fait, il a été découvert que le lactate joue un rôle prépondérant dans le métabolisme grâce à son fort potentiel énergétique. Le cerveau, en particulier les neurones qui le composent, est un organe très gourmand en énergie. Récemment, il a été démontré que les astrocytes, cellules du cerveau faisant partie de la famille des cellules gliales, utilisent le glucose pour produire du lactate comme source d'énergie et le distribue aux neurones de manière adaptée à leur activité. Cette découverte a renouvelé l'intérêt scientifique pour le lactate. Aujourd'hui, plusieurs études ont démontré l'implication du lactate dans d'autres fonctions de la physiologie cérébrale. Dans le cadre de notre étude, nous nous sommes intéressés au rapport entre neurones et astrocytes avec une attention particulière pour le rôle du lactate. Nous avons découvert que le lactate possède la capacité de modifier la communication entre les neurones. Nous avons aussi décrypté le mécanisme grâce auquel le lactate agit, qui est basé sur un récepteur présent à la surface des neurones. Cette étude montre une fonction jusque-là insoupçonnée du lactate qui a un fort impact sur la compréhension de la relation entre neurones et astrocytes. - Relatively to its volume, the brain uses a large amount of glucose as energy source. Furthermore, a tight link exists between the level of synaptic activity and the consumption of energy equivalents. Astrocytes have been shown to play a central role in the regulation of this so-called neurometabolic coupling. They are thought to deliver the metabolic substrate lactate to neurons in register to glutamatergic activity. The astrocytic uptake of glutamate, released in the synaptic cleft, is the trigger signal that activates an intracellular cascade of events that leads to the production and release of lactate from astrocytes. The main goal of this thesis work was to obtain detailed information on the metabolic and functional interplay between neurons and astrocytes, in particular on the influence of lactate besides its metabolic effects. To gain access to both spatial and temporal aspects of these dynamic interactions, we used optical microscopy associated with specific fluorescent indicators, as well as electrophysiology. In the first part of this thesis, we show that lactate decreases spontaneous neuronal, activity in a concentration-dependent manner and independently of its metabolism. We further identified a receptor-mediated pathway underlying this modulatory action of lactate. This finding constituted a novel mechanism for the modulation of neuronal transmission by lactate. In the second part, we have undergone a characterization of a new pharmacological tool, a high affinity glutamate transporter inhibitor. The finality of this study was to investigate the detailed pharmacological properties of the compound to optimize its use as a suppressor of glutamate signal from neuron to astrocytes. In conclusion, both studies have implications not only for the understanding of the metabolic cooperation between neurons and astrocytes, but also in the context of the glial modulation of neuronal activity. - Par rapport à son volume, le cerveau utilise une quantité massive de glucose comme source d'énergie. De plus, la consommation d'équivalents énergétiques est étroitement liée au niveau d'activité synaptique. Il a été montré que dans ce couplage neurométabolique, un rôle central est joué par les astrocytes. Ces cellules fournissent le lactate, un substrat métabolique, aux neurones de manière adaptée à leur activité glutamatergique. Plus précisément, le glutamate libéré dans la fente synaptique par les neurones, est récupéré par les astrocytes et déclenche ainsi une cascade d'événements intracellulaires qui conduit à la production et libération de lactate. Les travaux de cette thèse ont visé à étudier la relation métabolique et fonctionnelle entre neurones et astrocytes, avec une attention particulière pour des rôles que pourrait avoir le lactate au-delà de sa fonction métabolique. Pour étudier les aspects spatio-temporels de ces interactions dynamiques, nous avons utilisé à la fois la microscopie optique associée à des indicateurs fluorescents spécifiques, ainsi que l'électrophysiologie. Dans la première partie de cette thèse, nous montrons que le lactate diminue l'activité neuronale spontanée de façon concentration-dépendante et indépendamment de son métabolisme. Nous avons identifié l'implication d'un récepteur neuronal au lactate qui sous-tend ce mécanisme de régulation. La découverte de cette signalisation via le lactate constitue un mode d'interaction supplémentaire et nouveau entre neurones et astrocytes. Dans la deuxième partie, nous avons caractérisé un outil pharmacologique, un inhibiteur des transporteurs du glutamate à haute affinité. Le but de cette étude était d'obtenir un agent pharmacologique capable d'interrompre spécifiquement le signal médié par le glutamate entre neurones et astrocytes pouvant permettre de mieux comprendre leur relation. En conclusion, ces études ont une implication non seulement pour la compréhension de la coopération entre neurones et astrocytes mais aussi dans le contexte de la modulation de l'activité neuronale par les cellules gliales.

Neues aus Diagnostik und Therapie der spinalen Erkrankungen [Novel aspects of diagnostics and therapy of spinal cord diseases].

BACKGROUND: Both non-traumatic and traumatic spinal cord injuries have in common that a relatively minor structural lesion can cause profound sensorimotor and autonomous dysfunction. Besides treating the cause of the spinal cord injury the main goal is to restore lost function as far as possible. AIM: This article provides an overview of current innovative diagnostic (imaging) and therapeutic approaches (neurorehabilitation and neuroregeneration) aiming for recovery of function after non-traumatic and traumatic spinal cord injuries. MATERIAL AND METHODS: An analysis of the current scientific literature regarding imaging, rehabilitation and rehabilitation strategies in spinal cord disease was carried out. RESULTS: Novel magnetic resonance imaging (MRI) based techniques (e.g. diffusion-weighted MRI and functional MRI) allow visualization of structural reorganization and specific neural activity in the spinal cord. Robotics-driven rehabilitative measures provide training of sensorimotor function in a targeted fashion, which can even be continued in the homecare setting. From a preclinical point of view, defined stem cell transplantation approaches allow for the first time robust structural repair of the injured spinal cord. CONCLUSION: Besides well-established neurological and functional scores, MRI techniques offer the unique opportunity to provide robust and reliable "biomarkers" for restorative therapeutic interventions. Function-oriented robotics-based rehabilitative interventions alone or in combination with stem cell based therapies represent promising approaches to achieve substantial functional recovery, which go beyond current rehabilitative treatment efforts.

Modelling the mechanical aspects of the curing process of magneto-sensitive elastomeric materials

In this paper, a phenomenologically motivated magneto-mechanically coupled finite strain elastic framework for simulating the curing process of polymers in the presence of a magnetic load is proposed. This approach is in line with previous works by Hossain and co-workers on finite strain curing modelling framework for the purely mechanical polymer curing (Hossain et al., 2009b). The proposed thermodynamically consistent approach is independent of any particular free energy function that may be used for the fully-cured magneto-sensitive polymer modelling, i.e. any phenomenological or micromechanical-inspired free energy can be inserted into the main modelling framework. For the fabrication of magneto-sensitive polymers, micron-size ferromagnetic particles are mixed with the liquid matrix material in the uncured stage. The particles align in a preferred direction with the application of a magnetic field during the curing process. The polymer curing process is a complex (visco) elastic process that transforms a fluid to a solid with time. Such transformation process is modelled by an appropriate constitutive relation which takes into account the temporal evolution of the material parameters appearing in a particular energy function. For demonstration in this work, a frequently used energy function is chosen, i.e. the classical Mooney-Rivlin free energy enhanced by coupling terms. Several representative numerical examples are demonstrated that prove the capability of our approach to correctly capture common features in polymers undergoing curing processes in the presence of a magneto-mechanical coupled load.