Multimodal MRI analysis of structural and functional networks in the human brain : application to two clinical studies : driving abilities under THC intoxication and early white matter changes in FXTAS

Les approches multimodales dans l'imagerie cérébrale non invasive sont de plus en plus considérées comme un outil indispensable pour la compréhension des différents aspects de la structure et de la fonction cérébrale. Grâce aux progrès des techniques d'acquisition des images de Resonance Magnetique et aux nouveaux outils pour le traitement des données, il est désormais possible de mesurer plusieurs paramètres sensibles aux différentes caractéristiques des tissues cérébraux. Ces progrès permettent, par exemple, d'étudier les substrats anatomiques qui sont à la base des processus cognitifs ou de discerner au niveau purement structurel les phénomènes dégénératifs et développementaux. Cette thèse met en évidence l'importance de l'utilisation d'une approche multimodale pour étudier les différents aspects de la dynamique cérébrale grâce à l'application de cette approche à deux études cliniques: l'évaluation structurelle et fonctionnelle des effets aigus du cannabis fumé chez des consommateurs réguliers et occasionnels, et l'évaluation de l'intégrité de la substance grise et blanche chez des jeunes porteurs de la prémutations du gène FMR1 à risque de développer le FXTAS (Fragile-X Tremor Ataxia Syndrome). Nous avons montré que chez les fumeurs occasionnels de cannabis, même à faible concentration du principal composant psychoactif (THC) dans le sang, la performance lors d'une tâche visuo-motrice est fortement diminuée, et qu'il y a des changements dans l'activité des trois réseaux cérébraux impliqués dans les processus cognitifs: le réseau de saillance, le réseau du contrôle exécutif, et le réseau actif par défaut (Default Mode). Les sujets ne sont pas en mesure de saisir les saillances dans l'environnement et de focaliser leur attention sur la tâche. L'augmentation de la réponse hémodynamique dans le cortex cingulaire antérieur suggère une augmentation de l'activité introspective. Une investigation des ef¬fets au niveau cérébral d'une exposition prolongée au cannabis, montre des changements persistants de la substance grise dans les régions associées à la mémoire et au traitement des émotions. Le niveau d'atrophie dans ces structures corrèle avec la consommation de cannabis au cours des trois mois précédant l'étude. Dans la deuxième étude, nous démontrons des altérations structurelles des décennies avant l'apparition du syndrome FXTAS chez des sujets jeunes, asymptomatiques, et porteurs de la prémutation du gène FMR1. Les modifications trouvées peuvent être liées à deux mécanismes différents. Les altérations dans le réseau moteur du cervelet et dans la fimbria de l'hippocampe, suggèrent un effet développemental de la prémutation. Elles incluent aussi une atrophie de la substance grise du lobule VI du cervelet et l'altération des propriétés tissulaires de la substance blanche des projections afférentes correspondantes aux pédoncules cérébelleux moyens. Les lésions diffuses de la substance blanche cérébrale peu¬vent être un marquer précoce du développement de la maladie, car elles sont liées à un phénomène dégénératif qui précède l'apparition des symptômes du FXTAS. - Multimodal brain imaging is becoming a leading tool for understanding different aspects of brain structure and function. Thanks to the advances in Magnetic Resonance imaging (MRI) acquisition schemes and data processing techniques, it is now possible to measure different parameters sensitive to different tissue characteristics. This allows for example to investigate anatomical substrates underlying cognitive processing, or to disentangle, at a pure structural level degeneration and developmental processes. This thesis highlights the importance of using a multimodal approach for investigating different aspects of brain dynamics by applying this approach to two clinical studies: functional and structural assessment of the acute effects of cannabis smoking in regular and occasional users, and grey and white matter assessment in young FMR1 premutation carriers at risk of developing FXTAS. We demonstrate that in occasional smokers cannabis smoking, even at low concentration of the main psychoactive component (THC) in the blood, strongly decrease subjects' performance on a visuo-motor tracking task, and globally alters the activity of the three brain networks involved in cognitive processing: the Salience, the Control Executive, and the Default Mode networks. Subjects are unable to capture saliences in the environment and to orient attention to the task; the increase in Hemodynamic Response in the Anterior Cingulate Cortex suggests an increase in self-oriented mental activity. A further investigation on long term exposure to cannabis, shows a persistent grey matter modification in brain regions associated with memory and affective processing. The degree of atrophy in these structures also correlates with the estimation of drug use in the three months prior the participation to the study. In the second study we demonstrate structural changes in young asymptomatic premutation carriers decades before the onset of FXTAS that might be related to two different mechanisms. Alteration of the cerebellar motor network and of the hippocampal fimbria/ fornix, may reflect a potential neurodevelopmental effect of the premutation. These include grey matter atrophy in lobule VI and modification of white matter tissue property in the corresponding afferent projections through the Middle Cerebellar Peduncles. Diffuse hemispheric white matter lesions that seem to appear closer to the onset of FXTAS and be related to a neurodegenerative phenomenon may mark the imminent onset of FXTAS.

Land use changes, landscape ecology and their socioeconomic driving forces in the Spanish Mediterranean coast (the Maresme County, 1850-2005)

[cat] Utilitzem un conjunt de mètriques del paisatge per estudiar l'evolució a llarg termini seguida en una típica zona costanera del Mediterrani des de 1850 fins a 2005, que mostren una greu deterioració del medi ambient entre 1950 i 2005. Les principals forces motores d'aquesta degradació del paisatge han estat el creixement urbà experimentat a les antigues zones agrícoles situades a les planes litorals, juntament amb l'abandonament i la reforestació dels vessants dels pujols interceptats per àrees residencials de baixa densitat, carreteres i altres infraestructures lineals. Duem a terme una anàlisi estadística de redundància (RDA) amb la finalitat d'identificar els que considerem com alguns agents rectors socioeconòmics i polítics d'última instància d'aquests impactes ambientals. Els resultats confirmen les nostres hipòtesis interpretatives, que són que: 1) els canvis en les cobertes i usos del sòl determinen canvis en les propietats dels paisatge, tant estructurals com funcionals; 2) aquests canvis no es produeixen per atzar, sinó que estan relacionats amb factors geogràfics i forces socioeconòmiques i polítiques.

Land use changes, landscape ecology and their socioeconomic driving forces in the Spanish Mediterranean coast (the Maresme County, 1850-2005)

[cat] Utilitzem un conjunt de mètriques del paisatge per estudiar l'evolució a llarg termini seguida en una típica zona costanera del Mediterrani des de 1850 fins a 2005, que mostren una greu deterioració del medi ambient entre 1950 i 2005. Les principals forces motores d'aquesta degradació del paisatge han estat el creixement urbà experimentat a les antigues zones agrícoles situades a les planes litorals, juntament amb l'abandonament i la reforestació dels vessants dels pujols interceptats per àrees residencials de baixa densitat, carreteres i altres infraestructures lineals. Duem a terme una anàlisi estadística de redundància (RDA) amb la finalitat d'identificar els que considerem com alguns agents rectors socioeconòmics i polítics d'última instància d'aquests impactes ambientals. Els resultats confirmen les nostres hipòtesis interpretatives, que són que: 1) els canvis en les cobertes i usos del sòl determinen canvis en les propietats dels paisatge, tant estructurals com funcionals; 2) aquests canvis no es produeixen per atzar, sinó que estan relacionats amb factors geogràfics i forces socioeconòmiques i polítiques.

High rates of smoking especially in female Crohn's disease patients and low use of supportive measures to achieve smoking cessation : Data from the SwissIBD cohort study

BACKGROUND AND AIMS: Smoking is a crucial environmental factor in inflammatory bowel disease (IBD). However, knowledge on patient characteristics associated with smoking, time trends of smoking rates, gender differences and supportive measures to cease smoking provided by physicians is scarce. We aimed to address these questions in Swiss IBD patients. METHODS: Prospectively obtained data from patients participating in the Swiss IBD cohort study was analysed and compared to the general Swiss population (GSP) matched by age, sex and year. RESULTS: Among a total of 1770 IBD patients analysed (49.1% male), 29% are current smokers. More than twice as many patients with Crohn's disease (CD) are active smokers compared to ulcerative colitis (UC, 39.6% vs. 15.3%, p<0.001). In striking contrast to the GSP, significantly more women than men with CD smoke (42.8% vs. 35.8%, p=0.025), with also an overall significantly increased smoking rate compared to the GSP in women but not men. The vast majority of smoking IBD patients (90.5%) claim to never have received any support to achieve smoking cessation, significantly more in UC compared to CD. We identify a significantly negative association of smoking and primary sclerosing cholangitis, indicative of a protective effect. Psychological distress in CD is significantly higher in smokers compared to non-smokers, but does not differ in UC CONCLUSIONS: Despite well-established detrimental effects, smoking rates in CD are alarmingly high with persistent and stagnating elevations compared to the GSP, especially in female patients. Importantly, there appears to be an unacceptable underuse of supportive measures to achieve smoking cessation.

Prevalence of smoking among dentists in Catalonia - Spain (2006). Literature review of smoking cessation practices in the dental office

Objective: The objective of this study was to collect data on the prevalence of smokers among Catalonian dentists (by age and sex) and compare them with existing data on the general population, doctors, registered nurses and pharmacists. The overall prevalence of smokers in Catalonia (2006) was 34.5% of men and 24.3% of women. Data available on the prevalence of smoking among doctors (26.3% men and 22.1% women), pharmacists (19.8% men and 20.6% women) and registered nurses (34.1% men and 35.3% women) relates to the year 2002. Study design: In September 2006, Catalonian dentists (n=3,799) were asked about their habits in relation to tobacco in a self-administered questionnaire, on use and opinions with respect to dental amalgam. Five hundred and seventynine questionnaires were received, of which 538 answered the question on smoking (14.2% of the sample universe). Results: The prevalence of smokers among dentists is lower (24.9% of men and 18.4% of women) than in the general population and other healthcare professionals. In dentists in the age group between 25 and 34 years, the prevalence was 26.1% in men and 14.9% in women, while the prevalence in this age group in the general population was 43.6% and 37.1%, respectively. Conclusion: Catalonian dentists have a much lower prevalence of tobacco use than the general population and lower even than other healthcare professionals. Given that non-smoking healthcare professionals have better awareness for providing recommendations for smoking prevention and cessation, Catalonian dentists may be a valid group for performing this task for which there is scientific evidence.

Tabacologie: mise au point 2015 [Smoking cessation: update 2015].

La prévalence mondiale du tabagisme est environ cinq fois plus importante chez les hommes que chez les femmes, toutefois cet écart tend à s'égaliser. En ce qui concerne les conséquences sur la santé du tabagisme, les femmes semblent plus susceptibles que les hommes. Elles sont notamment plus à risque de présenter certains cancers pulmonaires ou de décéder de maladies cardiovasculaires. Si les hommes sont moins enclins à demander de l'aide pour arrêter de fumer, les femmes quant à elles ont moins de succès dans leurs tentatives d'arrêt et les traitements semblent moins efficaces chez ces dernières. Des interventions d'aide à l'arrêt et des mesures de prévention du tabagisme adaptées aux spécificités de genre ont le potentiel d'améliorer la prise en charge des fumeurs et de diminuer les disparités de genre en santé. Smoking remains a major public health problem in Switzerland and is responsible for about 9000 deaths annually. In 2013, a quarter of the Swiss population (15 and over) were smokers and more than half of them wanted to quit smoking. This article provides an update of Swiss clinical practice guidelines published in 2011 and covers several new features, including views regarding smoking reduction, gradual quitting, use of nicotine replacement therapy for a short period prior to quitting, nicotine mouth spray marketing and the reimbursement of varenicline and bupropion treatments (under certain conditions) by basic health insurance. An algorithm summarizes the different stages of management of patients who smoke.

Smoking cessation and the incidence of pre-diabetes and type 2 diabetes: a cohort study.

AIMS: Smoking cessation has been suggested to increase the short-term risk of type 2 diabetes mellitus (T2DM). This study aimed at assessing the association between smoking cessation and incidence of T2DM and impaired fasting glucose (IFG). METHODS: Data from participants in the CoLaus study, Switzerland, aged 35-75 at baseline and followed for 5.5years were used. Participants were classified as smokers, recent (≤5years), long-term (>5years) quitters, and non-smokers at baseline. Outcomes were IFG (fasting serum glucose (FSG) 5.6-6.99mmol/l) and T2DM (FSG ≥7.0mmol/l and/or treatment) at follow up. RESULTS: 3,166 participants (63% women) had normal baseline FSG, of whom 26.7% were smokers, 6.5% recent quitters, and 23.5% long-term quitters. During follow-up 1,311 participants (41.4%) developed IFG (33.6% women, 54.7% men) and 47 (1.5%) developed T2DM (1.1% women, 2.1% men). Former smokers did not have statistically significant increased odds of IFG compared with smokers after adjustment for age, education, physical activity, hypercholesterolemia, hypertension and alcohol intake, with OR of 1.29 [95% confidence interval 0.94-1.76] for recent quitters and 1.03 [0.84-1.27] for long-term quitters. Former smokers did not have significant increased odds of T2DM compared with smokers with multivariable-adjusted OR of 1.53 [0.58-4.00] for recent quitters and 0.64 [0.27-1.48] for long-term quitters. Adjustment for body-mass index and waist circumference attenuated the association between recent quitting and IFG (OR 1.07 [0.78-1.48]) and T2DM (OR 1.28 [0.48-3.40]. CONCLUSION: In this middle-aged population, smoking cessation was not associated with an increased risk of IFG or T2DM.

Smoking cessation and the incidence of pre-diabetes and type 2 diabetes : a cohort study

Le tabagisme est associé à un risque augmenté de développer un diabète de type 2. Arrêter de fumer devrait donc diminuer le risqué de diabète. Seulement, les études concernant le risque métabolique à l'arrêt du tabac sont discordantes. Par ailleurs, les effets métaboliques du tabac et de l'arrêt du tabac diffèrent probablement selon le sexe, avec notamment un effet différent du tabac sur la santé des femmes, et une prise pondérale plus importante à l'arrêt que chez les hommes. Notre étude vise à évaluer le risque métabolique à l'arrêt du tabac, chez les femmes et les homes séparément. Nous avons utilisé les données de l'étude de cohorte prospective CoLaus, qui évalue différents facteurs de risque cardiovasculaire chez des sujets choisis de manière aléatoire, dans la population Lausannoise entre 35 et 75 ans, suivis sur 5.5 ans en moyenne. Parmi ceux avec une glycémie à jeun normale au départ, nous avons divisé les participants en quatre groupes selon leur statut tabagique : non fumeurs, personnes ayant arrêté de fumer depuis plus de 5 ans, celles ayant arrêté depuis moins de 5 ans, et fumeurs actifs. Nous avons mesuré les incidences de glycémie à jeun altérée (5.6-6.99 mmol/l) et de diabète (glycémie à jeun ≥ 7 mmol/l et/ou traitement pour le diabète) durant le période de suivi, stratifiées par sexe. Puis le risque d'incidence de glycémie altérée et de diabète a été calculé avec trois niveaux d'ajustement pour les facteurs confondants pour un risque métabolique. Nous avons inclus 3166 participants, dont 63% de femmes. Au total, 26.3% étaient fumeurs, 6.5% ex-fumeurs depuis moins de 5 ans et 23.5% ex-fumeurs depuis plus de 5 ans. Durant le suivi, 1311 (41.4%) personnes ont développé une glycémie à jeun altérée (33.6% des femmes, 54.7% des homes), et 47 (1.5%) ont développé un diabète (1.1% des femmes, 2.1% des hommes). Les personnes ayant arrêté de fumer n'avait pas de risque significativement plus élevé de développer une glycémie à jeun altérée ou un diabète que les fumeurs, après ajustement pour l'âge, l'éducation, l'hypercholestérolémie, la prise d'alcool, l'activité physique, la prise de poids, le BMI initial et le BMI d'arrivée dans les différents modèles d'ajustement. L'analyse de l'interaction du sexe avec ces résultats est également négative. Les analyses de sensibilité ont montré que l'exclusion des personnes ayant changé de statut tabagique durant le suivi ne changeait pas ces résultats. Nous avons refait les analyses en incluant les participants ayant une glycémie altérée au début du suivi, mais le risque d'incidence de diabète n'est pas plus élevé chez les ex-fumeurs que chez les fumeurs non plus dans cette population. Sur demande d'un reviewer, nous avons également refait les analyses avec la glycémie en continue (valeurs de base et valeurs à 5.5 ans), et la glycémie moyenne n'était pas différente par groupe de tabagisme. En conclusion, dans cette population européenne d'âge moyen, avec une prévalence basse d'obésité et une prise de poids modérée durant le suivi, nous n'avons pas trouvé de risque significativement plus élevé de développer un diabète en arrêtant de fumer, et ce pour les deux sexes. L'arrêt du tabac doit donc être encouragé chez toutes les fumeuses et tous les fumeurs.

Cultural Diffusion Was the Main Driving Mechanism of the Neolithic Transition in Southern Africa

It is well known that the Neolithic transition spread across Europe at a speed of about 1 km/yr. This result has been previously interpreted as a range expansion of the Neolithic driven mainly by demic diffusion (whereas cultural diffusion played a secondary role). However, a long-standing problem is whether this value (1 km/yr) and its interpretation (mainly demic diffusion) are characteristic only of Europe or universal (i.e. intrinsic features of Neolithic transitions all over the world). So far Neolithic spread rates outside Europe have been barely measured, and Neolithic spread rates substantially faster than 1 km/yr have not been previously reported. Here we show that the transition from hunting and gathering into herding in southern Africa spread at a rate of about 2.4 km/yr, i.e. about twice faster than the European Neolithic transition. Thus the value 1 km/yr is not a universal feature of Neolithic transitions in the world. Resorting to a recent demic-cultural wave-of-advance model, we also find that the main mechanism at work in the southern African Neolithic spread was cultural diffusion (whereas demic diffusion played a secondary role). This is in sharp contrast to the European Neolithic. Our results further suggest that Neolithic spread rates could be mainly driven by cultural diffusion in cases where the final state of this transition is herding/pastoralism (such as in southern Africa) rather than farming and stockbreeding (as in Europe)

National Library and Library Network in Finland - Cooperation Being the Driving Force of Success

Kristiina Hormia-Poutasen esitys Danish Research Association -tapahtumassa Tanskassa 15.9.2011

Is it worth while driving without a trailer?

kuv., 22 x 31 cm

Photic driving in the electroencephalogram of children and adolescents: harmonic structure and relation to the resting state

In order to identify latent bioelectrical oscillators, 15 normal subjects (aged 9-17 years, 8 males, 7 females) were subjected to intermittent photic stimulation. The EEG amplitude spectra corresponding to the 11 fixed frequencies of stimulation presented (3-24 Hz) were combined to form "profiles" of the driving reaction in the right occipital area. The driving response varied with frequency, and was demonstrable in 70-100% of cases (using as criterion peak amplitudes 20% larger than those of the neighbors). The strongest responses were observed at the frequency closest to the alpha peak of the resting EEG. A secondary profile maximum was in the theta band. In 10 subjects, this maximum exceeded half the alpha peak (with an average of 72.4% of the alpha peak), while in the resting spectra, theta amplitudes were much lower than the alpha maxima. This responsiveness in theta activity seems to be characteristic of prepubertal and pubertal subjects. The profiles and resting EEG spectra showed a highly significant Pearson's correlation, with the peak in the theta band of the profiles being the main difference observed between them. The correlation coefficient was significantly correlated with the ratio of the maxima in the theta and alpha bands (R = -0.77, P<0.001). The correlation coefficient between profile and resting spectrum may be a useful indicator in screening methods used to reveal latent cerebral oscillators. Profiles for the second and third harmonics were correlated with those of the first harmonic (fundamental frequency), when considering the corresponding EEG frequencies. Peak frequencies in all three profiles were close to those of the individual's background alpha rhythm, and peak amplitudes in higher harmonics were not much lower than those of the fundamental frequency (mean values of 84 and 63%, for second and third harmonics, respectively).

Topographic aspects of photic driving in the electroencephalogram of children and adolescents

The electroencephalogram amplitude spectra at 11 fixed frequencies of intermittent photic stimulation of 3 to 24 Hz were combined into driving "profiles" for 14 scalp points in 8 male and 7 female normal subjects aged 9 to 17 years. The driving response varied over frequency and was detected in 70 to 100% of cases in the occipital areas (maximum) and in 27 to 77% of cases in the frontal areas (minimum) using as a criterion peak amplitude 20% higher than those of the neighbors. Each subject responded, on average, to 9.7 ± 1.15 intermittent photic stimulation frequencies in the right occipital area and to 6.8 ± 1.97 frequencies in the right frontal area. Most of the driving responses (in relation to the previous background) were significant according to the spectral F-test (a = 0.05), which also detected changes in some cases of low amplitude responses not revealed by the peak criterion. The profiles had two maxima in the alpha and theta bands in all leads. The latter was not present in the background spectra in the posterior areas and was less pronounced in the anterior ones. The weight of the profile theta maximum increased towards the frontal areas where the two maxima were similar, while the profile amplitudes decreased. The profiles repeated the shape of the background spectra, except for the theta band. The interhemispheric correlation between profiles was high. The theta driving detected in all areas recorded suggests a generalized influence of the theta generators in prepubertal and pubertal subjects.