Cholinergic enhancement of perceptual learning : behavioral, physiological, and neuro-pharmacological study in the rat primary visual cortex

Les cortices sensoriels sont des régions cérébrales essentielles pour la perception. En particulier, le cortex visuel traite l’information visuelle en provenance de la rétine qui transite par le thalamus. Les neurones sont les unités fonctionnelles qui transforment l'information sensorielle en signaux électriques, la transfèrent vers le cortex et l'intègrent. Les neurones du cortex visuel sont spécialisés et analysent différents aspects des stimuli visuels. La force des connections entre les neurones peut être modulée par la persistance de l'activité pré-synaptique et induit une augmentation ou une diminution du signal post-synaptique à long terme. Ces modifications de la connectivité synaptique peuvent induire la réorganisation de la carte corticale, c’est à dire la représentation de ce stimulus et la puissance de son traitement cortical. Cette réorganisation est connue sous le nom de plasticité corticale. Elle est particulièrement active durant la période de développement, mais elle s’observe aussi chez l’adulte, par exemple durant l’apprentissage. Le neurotransmetteur acétylcholine (ACh) est impliqué dans de nombreuses fonctions cognitives telles que l’apprentissage ou l’attention et il est important pour la plasticité corticale. En particulier, les récepteurs nicotiniques et muscariniques du sous-type M1 et M2 sont les récepteurs cholinergiques impliqués dans l’induction de la plasticité corticale. L’objectif principal de la présente thèse est de déterminer les mécanismes de plasticité corticale induits par la stimulation du système cholinergique au niveau du télencéphale basal et de définir les effets sur l’amélioration de la perception sensorielle. Afin d’induire la plasticité corticale, j’ai jumelé des stimulations visuelles à des injections intracorticales d’agoniste cholinergique (carbachol) ou à une stimulation du télencéphale basal (neurones cholinergiques qui innervent le cortex visuel primaire). J'ai analysé les potentiels évoqués visuels (PEVs) dans le cortex visuel primaire des rats pendant 4 à 8 heures après le couplage. Afin de préciser l’action de l’ACh sur l’activité des PEVs dans V1, j’ai injecté individuellement l’antagoniste des récepteurs muscariniques, nicotiniques, α7 ou NMDA avant l’infusion de carbachol. La stimulation du système cholinergique jumelée avec une stimulation visuelle augmente l’amplitude des PEVs durant plus de 8h. Le blocage des récepteurs muscarinique, nicotinique et NMDA abolit complètement cette amélioration, tandis que l’inhibition des récepteurs α7 a induit une augmentation instantanée des PEVs. Ces résultats suggèrent que l'ACh facilite à long terme la réponse aux stimuli visuels et que cette facilitation implique les récepteurs nicotiniques, muscariniques et une interaction avec les récepteur NMDA dans le cortex visuel. Ces mécanismes sont semblables à la potentiation à long-terme, évènement physiologique lié à l’apprentissage. L’étape suivante était d’évaluer si l’effet de l’amplification cholinergique de l’entrée de l’information visuelle résultait non seulement en une modification de l’activité corticale mais aussi de la perception visuelle. J’ai donc mesuré l’amélioration de l’acuité visuelle de rats adultes éveillés exposés durant 10 minutes par jour pendant deux semaines à un stimulus visuel de type «réseau sinusoïdal» couplé à une stimulation électrique du télencéphale basal. L’acuité visuelle a été mesurée avant et après le couplage des stimulations visuelle et cholinergique à l’aide d’une tâche de discrimination visuelle. L’acuité visuelle du rat pour le stimulus d’entrainement a été augmentée après la période d’entrainement. L’augmentation de l’acuité visuelle n’a pas été observée lorsque la stimulation visuelle seule ou celle du télencéphale basal seul, ni lorsque les fibres cholinergiques ont été lésées avant la stimulation visuelle. Une augmentation à long terme de la réactivité corticale du cortex visuel primaire des neurones pyramidaux et des interneurones GABAergiques a été montrée par l’immunoréactivité au c-Fos. Ainsi, lorsque couplé à un entrainement visuel, le système cholinergique améliore les performances visuelles pour l’orientation et ce probablement par l’optimisation du processus d’attention et de plasticité corticale dans l’aire V1. Afin d’étudier les mécanismes pharmacologiques impliqués dans l’amélioration de la perception visuelle, j’ai comparé les PEVs avant et après le couplage de la stimulation visuelle/cholinergique en présence d’agonistes/antagonistes sélectifs. Les injections intracorticales des différents agents pharmacologiques pendant le couplage ont montré que les récepteurs nicotiniques et M1 muscariniques amplifient la réponse corticale tandis que les récepteurs M2 muscariniques inhibent les neurones GABAergiques induisant un effet excitateur. L’infusion d’antagoniste du GABA corrobore l’hypothèse que le système inhibiteur est essentiel pour induire la plasticité corticale. Ces résultats démontrent que l’entrainement visuel jumelé avec la stimulation cholinergique améliore la plasticité corticale et qu’elle est contrôlée par les récepteurs nicotinique et muscariniques M1 et M2. Mes résultats suggèrent que le système cholinergique est un système neuromodulateur qui peut améliorer la perception sensorielle lors d’un apprentissage perceptuel. Les mécanismes d’amélioration perceptuelle induits par l’acétylcholine sont liés aux processus d’attention, de potentialisation à long-terme et de modulation de la balance d’influx excitateur/inhibiteur. En particulier, le couplage de l’activité cholinergique avec une stimulation visuelle augmente le ratio de signal / bruit et ainsi la détection de cibles. L’augmentation de la concentration cholinergique corticale potentialise l’afférence thalamocorticale, ce qui facilite le traitement d’un nouveau stimulus et diminue la signalisation cortico-corticale minimisant ainsi la modulation latérale. Ceci est contrôlé par différents sous-types de récepteurs cholinergiques situés sur les neurones GABAergiques ou glutamatergiques des différentes couches corticales. La présente thèse montre qu’une stimulation électrique dans le télencéphale basal a un effet similaire à l’infusion d’agoniste cholinergique et qu’un couplage de stimulations visuelle et cholinergique induit la plasticité corticale. Ce jumelage répété de stimulations visuelle/cholinergique augmente la capacité de discrimination visuelle et améliore la perception. Cette amélioration est corrélée à une amplification de l’activité neuronale démontrée par immunocytochimie du c-Fos. L’immunocytochimie montre aussi une différence entre l’activité des neurones glutamatergiques et GABAergiques dans les différentes couches corticales. L’injection pharmacologique pendant la stimulation visuelle/cholinergique suggère que les récepteurs nicotiniques, muscariniques M1 peuvent amplifier la réponse excitatrice tandis que les récepteurs M2 contrôlent l’activation GABAergique. Ainsi, le système cholinergique activé au cours du processus visuel induit des mécanismes de plasticité corticale et peut ainsi améliorer la capacité perceptive. De meilleures connaissances sur ces actions ouvrent la possibilité d’accélérer la restauration des fonctions visuelles lors d’un déficit ou d’amplifier la fonction cognitive.

Contribution du globus pallidus lors de la locomotion sous guidage visuel.

Les nombreuses études cliniques sur les maladies affectant les noyaux gris centraux (NGC) ont montré l’importance des déficits moteurs engendrés par un dysfonctionnement de ces structures. La locomotion est particulièrement affectée chez ces patients, ce qui suggère un rôle important des NGC dans le contrôle de celle-ci. En revanche, très peu d’études fondamentales ont enregistré l’activité des neurones des NGC durant la locomotion chez des modèles intacts. Le globus pallidus, en tant qu’une des principales structures de sortie des NGC, constitue une cible idéale pour étudier le signal transmis par les NGC au thalamus et au tronc cérébral. L’objectif de notre étude est de mieux comprendre la contribution que joue le segment externe du globus pallidus (GPe) dans le contrôle de la locomotion sous guidage visuel. Cette étude constitue le premier rapport d’enregistrements de l’activité des neurones du GPe lors de modifications volontaires de la marche sous guidage visuel. Notre hypothèse générale est que le GPe contribue au contrôle de la locomotion, et particulièrement lors des modifications de la marche. Nous avons enregistré l’activité des neurones du GPe de chats au repos, puis marchant sur un tapis et enjambant des obstacles. Nos résultats ont révélé que la plupart des cellules montraient peu de changements lors de la locomotion non-obstruée par rapport au repos. En revanche, la moitié des neurones enregistrés présentaient une modulation significative de leur décharge durant l’enjambement de l’obstacle. Nous avons observé une majorité de ces cellules qui diminuaient leur fréquence et un tiers de neurones qui l’augmentaient pendant le pas modifié, suggérant que le GPe exerce sur le mouvement un contrôle dépendant du contexte, permettant sélectivement l’augmentation ou la diminution de l’activité motrice. De plus, presque toutes les cellules déchargeaient durant la totalité de la phase de balancement du membre antérieur controlatéral, ce qui semble indiquer une contribution du GPe dans le timing et la durée de cette phase. Finalement, la moitié des neurones présentaient un changement réciproque entre la condition de lead et la condition de trail. Ce résultat suggère que le GPe participerait à la sélection d’action du membre lors des modifications de la marche. Nos résultats illustrent la complexité de l’activité du GPe lors de la locomotion sous guidage visuel et ils sont compatibles avec une contribution plus générale au mouvement que celle exercée par le cortex moteur.

Changes in cortical and sub-cortical patterns of activity associated with aging during the performance of a lexical set-shifting task

Bien que le passage du temps altère le cerveau, la cognition ne suit pas nécessairement le même destin. En effet, il existe des mécanismes compensatoires qui permettent de préserver la cognition (réserve cognitive) malgré le vieillissement. Les personnes âgées peuvent utiliser de nouveaux circuits neuronaux (compensation neuronale) ou des circuits existants moins susceptibles aux effets du vieillissement (réserve neuronale) pour maintenir un haut niveau de performance cognitive. Toutefois, la façon dont ces mécanismes affectent l’activité corticale et striatale lors de tâches impliquant des changements de règles (set-shifting) et durant le traitement sémantique et phonologique n’a pas été extensivement explorée. Le but de cette thèse est d’explorer comment le vieillissement affecte les patrons d’activité cérébrale dans les processus exécutifs d’une part et dans l’utilisation de règles lexicales d’autre part. Pour cela nous avons utilisé l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) lors de la performance d’une tâche lexicale analogue à celle du Wisconsin. Cette tâche a été fortement liée à de l’activité fronto-stritale lors des changements de règles, ainsi qu’à la mobilisation de régions associées au traitement sémantique et phonologique lors de décisions sémantiques et phonologiques, respectivement. Par conséquent, nous avons comparé l’activité cérébrale de jeunes individus (18 à 35 ans) à celle d’individus âgés (55 à 75 ans) lors de l’exécution de cette tâche. Les deux groupes ont montré l’implication de boucles fronto-striatales associées à la planification et à l’exécution de changements de règle. Toutefois, alors que les jeunes semblaient activer une « boucle cognitive » (cortex préfrontal ventrolatéral, noyau caudé et thalamus) lorsqu’ils se voyaient indiquer qu’un changement de règle était requis, et une « boucle motrice » (cortex postérieur préfrontal et putamen) lorsqu’ils devaient effectuer le changement, les participants âgés montraient une activation des deux boucles lors de l’exécution des changements de règle seulement. Les jeunes adultes tendaient à présenter une augmentation de l’activité du cortex préfrontal ventrolatéral, du gyrus fusiforme, du lobe ventral temporale et du noyau caudé lors des décisions sémantiques, ainsi que de l’activité au niveau de l’aire de Broca postérieur, de la junction temporopariétale et du cortex moteur lors de décisions phonologiques. Les participants âgés ont montré de l’activité au niveau du cortex préfrontal latéral et moteur durant les deux types de décisions lexicales. De plus, lorsque les décisions sémantiques et phonologiques ont été comparées entre elles, les jeunes ont montré des différences significatives au niveau de plusieurs régions cérébrales, mais pas les âgés. En conclusion, notre première étude a montré, lors du set-shifting, un délai de l’activité cérébrale chez les personnes âgées. Cela nous a permis de conceptualiser l’Hypothèse Temporelle de Compensation (troisième manuscrit) qui consiste en l’existence d’un mécanisme compensatoire caractérisé par un délai d’activité cérébrale lié au vieillissement permettant de préserver la cognition au détriment de la vitesse d’exécution. En ce qui concerne les processus langagiers (deuxième étude), les circuits sémantiques et phonologiques semblent se fusionner dans un seul circuit chez les individus âgés, cela représente vraisemblablement des mécanismes de réserve et de compensation neuronales qui permettent de préserver les habilités langagières.

Metabolomics analysis in rats with thiamine deficiency identifies key metabolites in vulnerable brain regions and suggests neural stem progenitor cells play a role in ameliorating metabolic dysfunction

La documentation scientifique fait état de la présence, chez l’adulte, de cellules souches et progénitrices neurales (CSPN) endogènes dans les zones sous-ventriculaire et sous-granulaire du cerveau ainsi que dans le gyrus denté de l’hippocampe. De plus, un postulat selon lequel il serait également possible de retrouver ce type de cellules dans la moelle épinière et le néocortex des mammifères adultes a été énoncé. L’encéphalopathie de Wernicke, un trouble neurologique grave toutefois réversible qui entraîne un dysfonctionnement, voire une défaillance du cerveau, est causée principalement par une carence importante en thiamine (CT). Des observations récentes laissent envisager que les facteurs en cause dans la prolifération et la différenciation des CSPN pourraient également jouer un rôle important lors d’un épisode de CT. L’hypothèse, selon laquelle l’identification de nouveaux métabolites entrant dans le mécanisme ou la séquence de réactions se soldant en une CT pourraient en faciliter la compréhension, a été émise au moyen d'une démarche en cours permettant d’établir le profil des modifications métaboliques qui surviennent en de telles situations. Cette approche a été utilisée pour constater les changements métaboliques survenus au niveau du foyer cérébral dans un modèle de rats déficients en thiamine (rats DT), particulièrement au niveau du thalamus et du colliculus inférieur (CI). La greffe de CSPN a quant à elle été envisagée afin d’apporter de nouvelles informations sur la participation des CSPN lors d’un épisode de CT et de déterminer les bénéfices thérapeutiques potentiels offerts par cette intervention. Les sujets de l’étude étaient répartis en quatre groupes expérimentaux : un premier groupe constitué de rats dont la CT était induite par la pyrithiamine (rats DTiP), un deuxième groupe constitué de rats-contrôles nourris ensemble (« pair-fed control rats » ou rats PFC) ainsi que deux groupes de rats ayant subi une greffe de CSPN, soit un groupe de rats DTiP greffés et un dernier groupe constitué de rats-contrôles (rats PFC) greffés. Les échantillons de foyers cérébraux (thalamus et CI) des quatre groupes de rats ont été prélevés et soumis à des analyses métabolomiques non ciblées ainsi qu’à une analyse visuelle par microscopie à balayage électronique (SEM). Une variété de métabolites-clés a été observée chez les groupes de rats déficients en thiamine (rats DTiP) en plus de plusieurs métabolites dont la documentation ne faisait pas mention. On a notamment constaté la présence d’acides biliaires, d’acide cynurénique et d’acide 1,9— diméthylurique dans le thalamus, alors que la présence de taurine et de carnosine a été observée dans le colliculus inférieur. L’étude a de plus démontré une possible implication des CSPN endogènes dans les foyers cérébraux du thalamus et du colliculus inférieur en identifiant les métabolites-clés ciblant les CSPN. Enfin, les analyses par SEM ont montré une amélioration notable des tissus à la suite de la greffe de CSPN. Ces constatations suggèrent que l’utilisation de CSPN pourrait s’avérer une avenue thérapeutique intéressante pour soulager la dégénérescence symptomatique liée à une grave carence en thiamine chez l’humain.

Functional genomics of the Drosophila melanogaster X chromosome and the role of DWnt5 during development

The collection of X chromosome insertions (PX) lethal lines, which was isolated from a screen for essential genes on the X chromosome, was characterized by means of cloning the insertion sites, mapping the sites within genomic DNA and determination of the associated reporter gene expresssion patterns. The established STS flanking the P element insertion sites were submitted to EMBL nucleotide databases and their in situ data together with the enhancer trap expression patterns have been deposited in the FlyView database. The characterized lines are now available to be used by the scientific community for a detailed analysis of the newly established lethal gene functions. One of the isolated genes on the X chromosome was the Drosophila gene Wnt5 (DWnt5). From two independent screens, one lethal and three homozygous viable alleles were recovered, allowing the identification of two distinct functions for DWnt5 in the fly. Observations on the developing nervous system of mutant embryos suggest that DWnt5 activity affects axon projection pattern. Elevated levels of DWNT5 activity in the midline cells of the central nervous system causes improper establishment and maintenance of the axonal pathways. Our analysis of the expression and mutant phenotype indicates that DWnt5 function in a process needed for proper organization of the nervous system. A second and novel function of DWnt5 is the control of the body size by regulation of the cell number rather than affecting the size of cells. Moreover, experimentally increased DWnt5 levels in a post-mitotic region of the eye imaginal disc causes abnormal cell cycle progression, resulting in additional ommatidia in the adult eye when compared to wild type. The increased cell number and the effects on the cell cycle after exposure to high DWNT5 levels is the result of a failure to downregulate cyclin B and therefore the unsuccessful establishment of a G1 arrest.

Examen neurológico

Se realizó un capítulo sobre la descripción del examen neurológico como herramienta principal en el abordaje del paciente con patología neurológica.

Diferencia entre tratamientos en pacientes con angioma cavernoso del tallo cerebral en el instituto nacional de neurología y neurocirugía Manuel Velasco Suárez

Introducción: la historia natural de la hemorragia en el tallo cerebral secundaria a un angioma cavernoso es benigna. Sin embargo, el riesgo de recurrencia y de mayor discapacidad parece incrementarse con el tiempo a pesar del tratamiento recibido; hecho que plantea dudas acerca de si el manejo quirúrgico de estas lesiones ofrece mayor beneficio sobre el manejo médico después del primer evento hemorrágico. El objetivo del estudio fue evaluar el riesgo de resangrado y el grado de discapacidad final en los angiomas cavernosos del tallo cerebral según el tratamiento recibido. Métodos: estudio observacional, analítico tipo cohorte. Se incluyeron pacientes con un primer sangrado en el tallo cerebral secundario a angioma cavernoso que fueron tratados en el Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía (INNN) de Ciudad de México. Resultados: noventa y nueve (99) pacientes fueron incluidos en un periodo de 25 años (1990-2015). Treinta y siete (37) recibieron tratamiento quirúrgico y sesenta y dos (62) recibieron tratamiento médico tras su primer sangrado. El promedio de edad fue de 38 años (DS: 14,17) para el grupo que recibió tratamiento médico y 36 años (DS: 12,82) para los que recibieron tratamiento quirúrgico. La incidencia acumulada de resangrado para el tratamiento médico fue de 5,1 por 100 años/persona y para el tratamiento quirúrgico de 3,9 por 100 años/persona (p = 0,016). Se realizó un análisis estratificado donde no se encontró ninguna asociación entre resangrado y edad o sexo del paciente. Se evaluó la discapacidad final con la escala de Rankin (mRs) sin encontrar diferencias significativas entre tratamientos (p=0.77). Por último, se realizó un modelo explicativo de regresión logística binaria donde se encontró que la edad superior a 55 años (OR: 2.19 IC 95%: 1.67-47,6), el tamaño mayor a 15 mm (OR: 2,5 IC 95%: 3,8-45,9) y la recurrencia del sangrado (OR: 1,7 IC 95%: 1,63-18,7) son factores asociados a un desenlace desfavorable en cuanto a discapacidad final. Discusión y Conclusiones: en los pacientes con angioma cavernoso del tallo cerebral que han presentado un primer evento de sangrado no se encontró una diferencia estadísticamente significativa entre el tratamiento médico o quirúrgico al evaluar la discapacidad funcional con la escala de Rankin modificada, a pesar de evidenciar una diferencia significativa en la incidencia acumulada de resangrado por grupos de tratamiento. El tamaño de la lesión, la recurrencia del sangrado y la edad superior a 55 años son factores asociados a un desenlace desfavorable en este grupo de pacientes.

Efectividad del tratamiento inmunomodulador con leucocitos alogénicos, en aborto involuntario recurrente. Revisión sistemática y metaanálisis

Dentro del marco del aborto involuntario recurrente (AIR), se han propuesto causas autoinmunes y alogénicas, e implementación de terapias como la inmunización activa con leucocitos alogénicos de la pareja o de donantes. La evidencia disponible en cuanto a la efectividad de estos tratamientos es contradictoria, por lo que se desea realizar una revisión sistemática para evaluar la efectividad de la inmunización activa con leucocitos alogénicos de la pareja o de donantes para esta condición. Se realizó un estudio tipo revisión sistemática de la literatura, usando las siguientes bases de datos: Medline, Embase, Cochrane Library y Scielo. Se realizó una búsqueda a través del registro de ensayos clínicos del Instituto Nacional de Salud de los Estados Unidos (www.clinicaltrials.gov) y, una búsqueda manual a través de las referencias de los estudios seleccionados siguiendo la estrategia de bola de nieve. Se seleccionaron ensayos clínicos y estudios de cohorte analítica, en idioma inglés y español. Se realizó un análisis cuantitativo de la información por medio de un metaanálisis. El tratamiento inmunomodulador con linfocitos puede considerarse como una terapia efectiva para mantener la gestación y lograr recién nacido vivo según resultados estadísticos; sin embargo la calidad de los estudios incluidos es baja, por lo que no se aconseja para la práctica rutinaria. Se sugiere la realización de estudios con metodologías robustas y que apoyen los resultados presentados en esta investigación.

Failure to regulate: counterproductive recruitment of top-down prefrontal-subcortical circuitry in major depression

Although depressed mood is a normal occurrence in response to adversity in all individuals, what distinguishes those who are vulnerable to major depressive disorder (MDD) is their inability to effectively regulate negative mood when it arises. Investigating the neural underpinnings of adaptive emotion regulation and the extent to which such processes are compromised in MDD may be helpful in understanding the pathophysiology of depression. We report results from a functional magnetic resonance imaging study demonstrating left-lateralized activation in the prefrontal cortex (PFC) when downregulating negative affect in nondepressed individuals, whereas depressed individuals showed bilateral PFC activation. Furthermore, during an effortful affective reappraisal task, nondepressed individuals showed an inverse relationship between activation in left ventrolateral PFC and the amygdala that is mediated by the ventromedial PFC (VMPFC). No such relationship was found for depressed individuals, who instead show a positive association between VMPFC and amygdala. Pupil dilation data suggest that those depressed patients who expend more effort to reappraise negative stimuli are characterized by accentuated activation in the amygdala, insula, and thalamus, whereas nondepressed individuals exhibit the opposite pattern. These findings indicate that a key feature underlying the pathophysiology of major depression is the counterproductive engagement of right prefrontal cortex and the lack of engagement of left lateral-ventromedial prefrontal circuitry important for the downregulation of amygdala responses to negative stimuli.

The role of Wnt signalling in the development of somites and neural crest

The Wnt family of secreted signalling molecules controls a wide range of developmental processes in all metazoans. In this investigation we concentrate on the role that members of this family play during the development of (1) the somites and (2) the neural crest. (3) We also isolate a novel component of the Wnt signalling pathway called Naked cuticle and investigate the role that this protein may play in both of the previously mentioned developmental processes. (1) In higher vertebrates the paraxial mesoderm undergoes a mesenchymal-to-epithelial transformation to form segmentally organised structures called somites. Experiments have shown that signals originating from the ectoderm overlying the somites or from midline structures are required for the formation of the somites, but their identity has yet to be determined. Wnt6 is a good candidate as a somite epithelialisation factor from the ectoderm since it is expressed in this tissue. In this study we show that injection of Wnt6-producing cells beneath the ectoderm at the level of the segmental plate or lateral to the segmental plate leads to the formation of numerous small epithelial somites. We show that Wnts are indeed responsible for the epithelialisation of somites by applying Wnt antagonists which result in the segmental plate being unable to form somites. These results show that Wnt6, the only member of this family to be localised to the chick paraxial ectoderm, is able to regulate the development of epithelial somites and that cellular organisation is pivotal in the execution of the differentiation programmes. (2) The neural crest is a population of multipotent progenitor cells that arise from the neural ectoderm in all vertebrate embryos and form a multitude of derivatives including the peripheral sensory neurons, the enteric nervous system, Schwann cells, pigment cells and parts of the craniofacial skeleton. The induction of the neural crest relies on an ectodermally derived signal, but the identity of the molecule performing this role in amniotes is not known. Here we show that Wnt6, a protein expressed in the ectoderm, induces neural crest production. (3) The intracellular response to Wnt signalling depends on the choice of signalling cascade activated in the responding cell. Cells can activate either the canonical pathway that modulates gene expression to control cellular differentiation and proliferation, or the non-canonical pathway that controls cell polarity and movement (Pandur et al. 2002b). Recent work has identified the protein Naked cuticle as an intracellular switch promoting the non-canonical pathway at the expense of the canonical pathway. We have cloned chick Naked cuticle-1 (cNkd1) and demonstrate that it is expressed in a dynamic manner during early embryogenesis. We show that it is expressed in the somites and in particular regions where cells are undergoing movement. Lastly our study shows that the expression of cNkd1 is regulated by Wnt expression originating from the neural tube. This study provides evidence that non-canonical Wnt signalling plays a part in somite development.

Protochordate Zic genes define primitive somite compartments and highlight molecular changes underlying neural crest evolution

The vertebrate Zic gene family encodes C2H2 zinc finger transcription factors closely related to the Gli proteins. Zic genes are expressed in multiple areas of developing vertebrate embryos, including the dorsal neural tube where they act as potent neural crest inducers. Here we describe the characterization of a Zic ortholog from the amphioxus Branchiostoma floridae and further describe the expression of a Zic ortholog from the ascidian Ciona intestinalis. Molecular phylogenetic analysis and sequence comparisons suggest the gene duplications that formed the vertebrate Zic family were specific to the vertebrate lineage. In Ciona maternal CiZic/Ci-macho1 transcripts are localized during cleavage stages by asymmetric cell division, whereas zygotic expression by neural plate cells commences during neurulation. The amphioxus Zic ortholog AmphiZic is expressed in dorsal mesoderm and ectoderm during gastrulation, before being eliminated first from midline cells and then from all neurectoderm during neurulation. After neurulation, expression is reactivated in the dorsal neural tube and dorsolateral somite. Comparison of CiZic and AmphiZic expression with vertebrate Zic expression leads to two main conclusions. First, Zic expression allows us to define homologous compartments between vertebrate and amphioxus somites, showing primitive subdivision of vertebrate segmented mesoderm. Second, we show that neural Zic expression is a chordate synapomorphy, whereas the precise pattern of neural expression has evolved differently on the different chordate lineages. Based on these observations we suggest that a change in Zic regulation, specifically the evolution of a dorsal neural expression domain in vertebrate neurulae, was an important step in the evolution of the neural crest.

Spatial and temporal aspects of oculomotor inhibition as revealed by saccade trajectories

The spatial and temporal effect of distractor related inhibition on stimulus elicited (reflexive) and goal driven (voluntary) saccades, was examined using saccade trajectory deviations as a measure. Subjects made voluntary and reflexive saccades to a target location on the vertical midline, while the distance of a distractor from the target was systematically manipulated. The trajectory curvature of both voluntary and reflexive saccades was found to be subject to individual differences. Saccade curvature was found to decrease monotonically with increasing distractor distance from target for some subjects while for others no reduction in curvature or even an increase was found. These results could not be explained by latency differences or landing position effects. The different patterns of distractor effects on saccade trajectories suggest the additional influence of a non-spatial inhibitory mechanism. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Coding of visual space during motor preparation: approaching objects rapidly modulate corticospinal excitability in hand-centered coordinates

Defensive behaviors, such as withdrawing your hand to avoid potentially harmful approaching objects, rely on rapid sensorimotor transformations between visual and motor coordinates. We examined the reference frame for coding visual information about objects approaching the hand during motor preparation. Subjects performed a simple visuomanual task while a task-irrelevant distractor ball rapidly approached a location either near to or far from their hand. After the distractor ball appearance, single pulses of transcranial magnetic stimulation were delivered over the subject's primary motor cortex, eliciting motor evoked potentials (MEPs) in their responding hand. MEP amplitude was reduced when the ball approached near the responding hand, both when the hand was on the left and the right of the midline. Strikingly, this suppression occurred very early, at 70-80ms after ball appearance, and was not modified by visual fixation location. Furthermore, it was selective for approaching balls, since static visual distractors did not modulate MEP amplitude. Together with additional behavioral measurements, we provide converging evidence for automatic hand-centered coding of visual space in the human brain.

The effects of a pre-movement delay on the kinematics of prehension in middle childhood

The present study examined the effects of a pre-movement delay on the kinematics of prehension in middle childhood. Twenty-five children between the ages of 5 and 11 years made visually open-loop reaches to two different sized objects at two different distances along the midline. Reaches took place either (i) immediately, or (ii) 2 s after the occlusion of the stimulus. In all age groups, reaches following the pre-movement delay were characterised by longer movement durations, lower peak velocities, larger peak grip apertures and longer time spent in the final slow phase of the movement. This pattern of results suggests that the representations that control the transport and grasp component are affected similarly by delay, and is consistent with the results previously reported for adults. Such representations therefore appear to develop before the age of 5. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Neural processing of imminent collision in humans

Detecting a looming object and its imminent collision is imperative to survival. For most humans, it is a fundamental aspect of daily activities such as driving, road crossing and participating in sport, yet little is known about how the brain both detects and responds to such stimuli. Here we use functional magnetic resonance imaging to assess neural response to looming stimuli in comparison with receding stimuli and motion-controlled static stimuli. We demonstrate for the first time that, in the human, the superior colliculus and the pulvinar nucleus of the thalamus respond to looming in addition to cortical regions associated with motor preparation. We also implicate the anterior insula in making timing computations for collision events.