La improvisació musical, sota el microscopi.

UNA DE LES FORMES MÉS COMPLEXES de comportament creatiu és la improvisació musical, tan típica d'alguns estils com el jazz i el freestyle rap, però que tanmateix es pot aplicar a qualsevol estil, des de la música clàssica fins al rock'n'roll, passant per la música tradicional. Roger E. Beaty, de la Universitat de Carolina del Nord, als EUA, ha publicat un treball a Neuroscience and Biobehavioral Reviews on compara l'activitat neural durant la improvisació musical en músics de diferents estils. Els resultats indiquen que els processos mentals seguits per uns i altres no són exactament els mateixos, i que les principals diferències es troben en la predominança de control cognitiu durant la improvisació o alternativament de pensament divergent.

The Effects of Anesthetic Induced Loss of Consciousness on Quantitative Electroen Cephalogram, and Bispectral and Spectral Entropy Indices. Studies on Healthy Male

Changes in the electroencephalography (EEG) signal have been used to study the effects of anesthetic agents on the brain function. Several commercial EEG based anesthesia depth monitors have been developed to measure the level of the hypnotic component of anesthesia. Specific anesthetic related changes can be seen in the EEG, but still it remains difficult to determine whether the subject is consciousness or not during anesthesia. EEG reactivity to external stimuli may be seen in unconsciousness subjects, in anesthesia or even in coma. Changes in regional cerebral blood flow, which can be measured with positron emission tomography (PET), can be used as a surrogate for changes in neuronal activity. The aim of this study was to investigate the effects of dexmedetomidine, propofol, sevoflurane and xenon on the EEG and the behavior of two commercial anesthesia depth monitors, Bispectral Index (BIS) and Entropy. Slowly escalating drug concentrations were used with dexmedetomidine, propofol and sevoflurane. EEG reactivity at clinically determined similar level of consciousness was studied and the performance of BIS and Entropy in differentiating consciousness form unconsciousness was evaluated. Changes in brain activity during emergence from dexmedetomidine and propofol induced unconsciousness were studied using PET imaging. Additionally, the effects of normobaric hyperoxia, induced during denitrogenation prior to xenon anesthesia induction, on the EEG were studied. Dexmedetomidine and propofol caused increases in the low frequency, high amplitude (delta 0.5-4 Hz and theta 4.1-8 Hz) EEG activity during stepwise increased drug concentrations from the awake state to unconsciousness. With sevoflurane, an increase in delta activity was also seen, and an increase in alpha- slow beta (8.1-15 Hz) band power was seen in both propofol and sevoflurane. EEG reactivity to a verbal command in the unconsciousness state was best retained with propofol, and almost disappeared with sevoflurane. The ability of BIS and Entropy to differentiate consciousness from unconsciousness was poor. At the emergence from dexmedetomidine and propofol induced unconsciousness, activation was detected in deep brain structures, but not within the cortex. In xenon anesthesia, EEG band powers increased in delta, theta and alpha (8-12Hz) frequencies. In steady state xenon anesthesia, BIS and Entropy indices were low and these monitors seemed to work well in xenon anesthesia. Normobaric hyperoxia alone did not cause changes in the EEG. All of these results are based on studies in healthy volunteers and their application to clinical practice should be considered carefully.

Alterations in The States and Contents of Consciousness: Empirical and Theoretical Aspects

The main purpose of the present doctoral thesis is to investigate subjective experiences and cognitive processes in four different types of altered states of consciousness: naturally occurring dreaming, cognitively induced hypnosis, pharmacologically induced sedation, and pathological psychosis. Both empirical and theoretical research is carried out, resulting in four empirical and four theoretical studies. The thesis begins with a review of the main concepts used in consciousness research, the most influential philosophical and neurobiological theories of subjective experience, the classification of altered states of consciousness, and the main empirical methods used to study consciousness alterations. Next, findings of the original studies are discussed, as follows. Phenomenal consciousness is found to be dissociable from responsiveness, as subjective experiences do occur in unresponsive states, including anaesthetic-induced sedation and natural sleep, as demonstrated by post-awakening subjective reports. Two new tools for the content analysis of subjective experiences and dreams are presented, focusing on the diversity, complexity and dynamics of phenomenal consciousness. In addition, a new experimental paradigm of serial awakenings from non-rapid eye movement sleep is introduced, which enables more rapid sampling of dream reports than has been available in previous studies. It is also suggested that lucid dreaming can be studied using transcranial brain stimulation techniques and systematic analysis of pre-lucid dreaming. For blind judges, dreams of psychotic patients appear to be indistinguishable from waking mentation reports collected from the same patients, which indicates a close resemblance of these states of mind. However, despite phenomenological similarities, dreaming should not be treated as a uniform research model of psychotic or intact consciousness. Contrary to this, there seems to be a multiplicity of routes of how different states of consciousness can be associated. For instance, seemingly identical time perception distortions in different alterations of consciousness may have diverse underlying causes for these distortions. It is also shown that altered states do not necessarily exhibit impaired cognitive processing compared to a baseline waking state of consciousness: a case study of time perception in a hypnotic virtuoso indicates a more consistent perceptual timing under hypnosis than in a waking state. The thesis ends with a brief discussion of the most promising new perspectives for the study of alterations of consciousness.

Interactions between the cholinergic and dopaminergic systems during the production of ultrasonic vocalizations in rats

Rats produce ultrasonic vocalizations that can be categorized into two types of ultrasonic calls based on their sonographic structure. One group contains 22-kHz ultrasonic vocalization (USVs), characterized by relatively constant (flat) frequency with peak frequency ranging from 19 to 28-kHz, and a call duration ranging between 100 – 3000 ms. These vocalization can be induced by cholinomimetic agents injected into the ascending mesolimbic cholinergic system that terminates in the anterior hypothalamic-preoptic area (AH-MPO) and lateral septum (LS). The other group of USVs contains 50-kHz USVs, characterized by high peak frequency, ranging from 39 to 90-kHz, short duration ranging from 10-90 ms, and varying frequency and complex sonographic morphology. These vocalizations can be induced by dopaminergic agents injected into the nucleus accumbens, the target area for the mesolimbic dopaminergic system. 22-kHz USVs are emitted in situations that are highly aversive, such as proximity of a predator or anticipation of a foot shock, while 50 kHz USVs are emitted in rewarding and appetitive situations, such as juvenile play behaviour or anticipation of rewarding electrical brain stimulation. The activities of these two mesolimbic systems were postulated to be antagonistic to each other. The current thesis is focused on the interaction of these systems indexed by emission of relevant USVs. It was hypothesized that emission of 22 kHz USVs will be antagonized by prior activation of the dopaminergic system while emission of 50 kHz will be antagonized by prior activation of the cholinergic system. It was found that injection of apomorphine into the shell of the nucleus accumbens significantly decreased the number of carbachol-induced 22 kHz USVs from both AH-MPO and LS. Injection of carbachol into the LS significantly decreased the number of apomorphine-induced 50 kHz USVs from the shell of the nucleus accumbens. The results of the study supported the main hypotheses that the mesolimbic dopaminergic and cholinergic systems function in antagonism to each other.

Interactions between the cholinergic and dopaminergic system during the production of ultrasonic vocalizations in rats

Rats produce ultrasonic vocalizations that can be categorized into two types of ultrasonic calls based on their sonographic structure. One group contains 22-kHz ultrasonic vocalization (USVs), characterized by relatively constant (flat) frequency with peak frequency ranging from 19 to 28-kHz, and a call duration ranging between 100 – 3000 ms. These vocalization can be induced by cholinomimetic agents injected into the ascending mesolimbic cholinergic system that terminates in the anterior hypothalamic-preoptic area (AH-MPO) and lateral septum (LS). The other group of USVs contains 50-kHz USVs, characterized by high peak frequency, ranging from 39 to 90-kHz, short duration ranging from 10-90 ms, and varying frequency and complex sonographic morphology. These vocalizations can be induced by dopaminergic agents injected into the nucleus accumbens, the target area for the mesolimbic dopaminergic system. 22-kHz USVs are emitted in situations that are highly aversive, such as proximity of a predator or anticipation of a foot shock, while 50 kHz USVs are emitted in rewarding and appetitive situations, such as juvenile play behaviour or anticipation of rewarding electrical brain stimulation. The activities of these two mesolimbic systems were postulated to be antagonistic to each other. The current thesis is focused on the interaction of these systems indexed by emission of relevant USVs. It was hypothesized that emission of 22 kHz USVs will be antagonized by prior activation of the dopaminergic system while emission of 50 kHz will be antagonized by prior activation of the cholinergic system. It was found that injection of apomorphine into the shell of the nucleus accumbens significantly decreased the number of carbachol-induced 22 kHz USVs from both AH-MPO and LS. Injection of carbachol into the LS significantly decreased the number of apomorphine-induced 50 kHz USVs from the shell of the nucleus accumbens. The results of the study supported the main hypotheses that the mesolimbic dopaminergic and cholinergic systems function in antagonism to each other.

Acute inactivation of the contralesional hemisphere for longer durations improves recovery after cortical injury

Au cours des dernières années, des méthodes non-invasives de stimulations permettant de moduler l’excitabilité des neurones suivant des lésions du système nerveux central ont été développées. Ces méthodes sont maintenant couramment utilisées pour étudier l’effet de l’inhibition du cortex contralésionnel sur la récupération motrice à la suite d’un accident vasculocérébral (AVC). Bien que plusieurs de ces études rapportent des résultats prometteurs, les paramètres permettant une récupération optimale demeurent encore inconnus. Chez les patients victimes d'un AVC, il est difficile de débuter les traitements rapidement et d'initier l’inhibition dans les heures suivant la lésion. L'impact de ce délai est toujours inconnu. De plus, aucune étude n’a jusqu’à maintenant évalué l’effet de la durée de l’inhibition sur la récupération du membre parétique. Dans le laboratoire du Dr Numa Dancause, nous avons utilisé un modèle bien établi de lésion ischémique chez le rat pour explorer ces questions. Nos objectifs étaient d’évaluer 1) si une inactivation de l’hémisphère contralésionnel initiée dans les heures qui suivent la lésion peut favoriser la récupération et 2) l’effet de la durée de l’inactivation sur la récupération du membre parétique. Suite à une lésion dans le cortex moteur induite par injections d’un vasoconstricteur, nous avons inactivé l’hémisphère contralésionnel à l’aide d’une pompe osmotique assurant l’infusion continue d’un agoniste du GABA (Muscimol). Dans différents groupes expérimentaux, nous avons inactivé l’hémisphère contralésionnel pour une durée de 3, 7 et 14 jours suivant la lésion. Dans un autre groupe, le Muscimol a été infusé pour 14 jours mais à un débit moindre de façon à pouvoir étudier le lien entre la fonction du membre non-parétique et la récupération du membre parétique. Les données comportementales de ces groupes ont été comparées à celles d’animaux ayant récupéré de façon spontanée d'une lésion similaire. Nos résultats indiquent que l’augmentation de la durée de l’inactivation (de 3 à 14 jours) accélère la récupération du membre parétique. De plus, les deux groupes ayant reçu une inactivation d'une durée de 14 jours ont montré une plus grande récupération fonctionnelle que le groupe n’ayant pas reçu d’inactivation de l’hémisphère contralésionnel, le groupe contrôle. Nos résultats suggèrent donc que l’inactivation de l’hémisphère contralésionnel initiée dans les heures suivant la lésion favorise la récupération du membre parétique. La durée d’inhibition la plus efficace (14 jours) dans notre modèle animal est beaucoup plus longues que celles utilisées jusqu’à maintenant chez l’homme. Bien qu’il soit difficile d’extrapoler la durée idéale à utiliser chez les patients à partir de nos données, nos résultats suggèrent que des traitements de plus longue durée pourraient être bénéfiques. Finalement, un message clair ressort de nos études sur la récupération fonctionnelle après un AVC: dans le développement de traitements basés sur l’inhibition de l’hémisphère contralésionnel, la durée de l’inactivation est un facteur clef à considérer.

Effets motivationnels des cannabinoïdes dans un modèle animal de la schizophrénie

Depuis quelques décennies, la consommation de cannabis et son usage thérapeutique sont le sujet de nombreux débats. Le cannabis est la drogue illicite la plus consommée au monde et cette consommation se trouve dix fois plus élevée chez les patients atteints de schizophrénie que dans la population générale. L’hypothèse d’une automédication initialement proposée afin d’expliquer la consommation élevée de cannabis chez les patients atteints de schizophrénie est maintenant remise en question. En effet, les rapports indiquant une aggravation des symptômes plutôt qu’une amélioration suite à une consommation à long terme sont de plus en plus nombreux. Sachant que le cannabis peut induire des effets soit plaisants soit aversifs, la question se pose à savoir si une prédominance de la valence motivationnelle positive ou une diminution de la valence négative du cannabis peut expliquer la consommation élevée parmi les individus ayant un diagnostic de schizophrénie? Bien qu’un grand nombre de recherches pré-cliniques aient été menées chez l’animal normal pour évaluer l’effet motivationnel du Δ9-tétrahydrocannabinol (THC) et autres cannabinoïdes synthétiques, aucune n’a abordé cette problématique dans un modèle animal de la schizophrénie. Cette lacune nous a donc amené à étudier la valence motivationnelle du THC et de l’agoniste cannabinoïde WIN55,212-2 (WIN) dans un modèle animal de la schizophrénie: la lésion néonatale de l’hippocampe ventral (NVHL). Dans le premier article, nous présentons les résultats de quatre expériences. Une première avait pour objectif de déterminer si la procédure expérimentale que nous avons utilisée permettait de reproduire des signes distinctifs du modèle animal de la schizophrénie. Par la suite, nous avons évalué i) l’effet d’une dose de WIN sur l’activité locomotrice spontanée et ii) la valence motivationnelle du THC (0.5 mg/kg, i.p) et du WIN (1 mg/kg, i.p) chez les rats adolescents (jour post-natal 28-40, PD28-40) et adultes (PD56) au moyen du paradigme de préférence de place conditionnée (PPC). Tel qu’attendu, la réponse locomotrice à l’amphétamine (0.75 et 1.5 mg/kg) chez les rats NVHL adultes était supérieure à celle des rats contrôles (test distinctif du modèle). Le THC a induit une tendance aversive chez les rats contrôles adultes. Enfin, le WIN a stimulé l’activité locomotrice et induit une aversion significative chez les rats adultes NVHL. Dans un deuxième article, nous avons évalué la valence motivationnelle du THC (0.5 mg/kg), du WIN (1 et 3 mg/kg) et l’effet de l’amphétamine au moyen du paradigme d’autostimulation électrique intracérébrale (ASI). Les résultats montrent que : i) l’effet amplificateur de l’amphétamine sur l’ASI était de plus courte durée chez les rats NVHL; ii) le THC produit une légère atténuation de la récompense chez les rats contrôles tandis que le WIN a produit une atténuation plus prononcée de la récompense chez les rats NVHL, un effet qui a été bloqué par l’antagoniste aux récepteurs CB1, le AM251 (3 mg/kg). Pour la première fois les résultats suggèrent une altération du système endocannabinoïde dans un modèle animal de la schizophrénie. Ils indiquent qu’une exposition aigüe conduit à une prédominance de la valence négative. Bien qu’en apparente contradiction avec les études cliniques, ces résultats soulignent l’importance du contexte socio-environnemental pour expliquer les effets du cannabis chez les patients. De plus ils encouragent les futures études à évaluer cette valence sur un modèle d’exposition chronique.

Le concept de double-usage de la recherche : un outil diagnostique de l’analyse éthique des risques associés aux usages neuroamélioratifs de la recherche en neurosciences

Les technologies de stimulations transcrâniennes – tel que la tDCS ou la TMS – présentent à l’heure actuelle d’intéressantes perspectives thérapeutiques, tout comme diverses améliorations cognitives chez le sujet « non-malade » dont découlent des applications neuroamélioratives, plus ou moins imminentes, en dehors du cadre clinique ou investigatoire. Est proposé ici d’analyser les risques associés à ces applications, détournées des objectifs premiers de recherche, et aux préoccupations éthiques qui les accompagnent (autonomie, justice, intégrité physique), via un concept généralement associé aux recherches avec des perspectives de sécurité nationale et associées à un niveau de risque élevé. Révisant la trivialité d’une définition dichotomique aux usages « bons » et « mauvais », est proposé d’étendre le concept de « double-usage » pour l’appliquer à la neuroamélioration comme un mésusage de la recherche en neurosciences. Faisant référence au conflit entre, d’une part, le respect de la liberté académique et, d’autre part, la protection de la sécurité et de la santé publique, ce concept s’avère être un outil diagnostique pertinent pour l’évaluation des risques associés à l’usage mélioratif desdites technologies, et plus particulièrement de la tDCS, afin d’alimenter la réflexion sur la régulation de ces dispositifs en amont de leur utilisation, selon un principe de précaution inhérent au double-usage de la recherche. Ce concept permet ainsi de réfléchir à la mise en place d’une gouvernance proactive et contextualisée impliquant une responsabilité partagée d’un large panel d’acteurs, nécessaire au vu des avancées rapides du domaine des neurosciences et de l’imminence de l’arrivée sur le marché de ces dispositifs.

Eficacia de la estimulación magnética transcraneal en la disminución de severidad en el trastorno depresivo mayor en monoterapia y coadyuvante comparado con tratamientos farmacológicos. Revisión sistemática y meta-análisis

Resumen Introducción Una posible opción de tratamiento para el manejo del trastorno depresivo mayor (TDM) es la estimulación magnética transcraneal (EMT) que ha mostrado propiedades antidepresivas superiores al placebo con un buen perfil de seguridad. El objetivo del presente trabajo es determinar la reducción en la severidad del TDM y la proporción de eventos adversos (EA) en pacientes con TDM refractario y no refractario, posterior al uso de EMT administrada en monoterapia o tratamiento coadyuvante comparado con terapia farmacológica. Metodología Se planteó una pregunta PICOT de la cual se realizó una búsqueda sistemática de estudios clínicos en las bases de datos Medline, EMBASE y Cochrane. Dos investigadores en forma independiente realizaron la selección de artículos, evaluación de calidad con la herramienta de la colaboración Cochrane y extracción de datos. Se extrajeron datos de eficacia como tasa de respuesta, porcentaje de remisión, calidad de vida, diminución sintomática del trastorno depresivo mayor en la escala de Hamilton y capacidad funcional. Igualmente, proporción de pacientes con EA. Se realizó un meta-análisis de estas variables teniendo en cuenta la heterogeneidad. Resultados La presente revisión sistemática incluyó 26 estudios clínicos aleatorizados de baja calidad metodológica mostrando que la EMT presentó una eficacia superior cuando es usada como coadyuvante a las terapias con que venían siendo tratados los pacientes con TDM refractario y no refractario en los desenlaces de tasa de respuesta y porcentaje de remisión. En el caso de intervenciones farmacológicas específicas, la EMT presento eficacia similar, tanto en terapia coadyuvante como en monoterapia comparado con las intervenciones farmacológicas. En cuanto a seguridad, la EMT presenta un buen perfil de seguridad debido a que en todos los escenarios estudiados los EA fueron no serios y baja frecuencia Conclusiones La evidencia disponible sugiere que la EMT mostró ser efectivo y seguro para el manejo del TDM refractario y no refractario. Sin embargo, la evidencia es débil por lo tanto se necesita mayor investigación clínica que soporte su uso.

The human thalamus processes syntactic and semantic language violations

Numerous linguistic operations have been assigned to cortical brain areas, but the contributions of subcortical structures to human language processing are still being discussed. Using simultaneous EEG recordings directly from deep brain structures and the scalp, we show that the human thalamus systematically reacts to syntactic and semantic parameters of auditorily presented language in a temporally interleaved manner in coordination with cortical regions. In contrast, two key structures of the basal ganglia, the globus pallidus internus and the subthalamic nucleus, were not found to be engaged in these processes. We therefore propose that syntactic and semantic language analysis is primarily realized within cortico-thalamic networks, whereas a cohesive basal ganglia network is not involved in these essential operations of language analysis.

Prediction of Parkinson's disease tremor onset using artificial neural networks

In this paper we present the initial results using an artificial neural network to predict the onset of Parkinson's Disease tremors in a human subject. Data for the network was obtained from implanted deep brain electrodes. A tuned artificial neural network was shown to be able to identify the pattern of the onset tremor from these real time recordings.

Identification of Parkinson’s disease tremor onset using artificial neural networks

In this paper we consider the possibility of using an artificial neural network to accurately identify the onset of Parkinson’s Disease tremors in human subjects. Data for the network is obtained by means of deep brain implantation in the human brain. Results presented have been obtained from a practical study (i.e. real not simulated data) but should be regarded as initial trials to be discussed further. It can be seen that a tuned artificial neural network can act as an extremely effective predictor in these circumstances.

Prediction of Parkinson’s disease tremor onset using radial basis function neural networks

The possibility of using a radial basis function neural network (RBFNN) to accurately recognise and predict the onset of Parkinson’s disease tremors in human subjects is discussed in this paper. The data for training the RBFNN are obtained by means of deep brain electrodes implanted in a Parkinson disease patient’s brain. The effectiveness of a RBFNN is initially demonstrated by a real case study.

Age-dependent changes in adenosine A(1) receptor distribution and density within the nucleus tractus solitarii of normotensive and hypertensive rats

This study shows the distribution and density of adenosine A1 receptor (A(1)R) within the nucleus tractus solitarii (NTS) of Wistar Kyoto (WKY) and spontaneously hypertensive rats (SHR) from birth to adulthood (1, 15, 30 and 90 days old). The NTS shows heterogeneous distribution of A(1)R in dorsomedial/dorsolateral, subpostremal and medial/intermediate subnuclei. A(1)R decrease from rostral to caudal within dorsomedial/dorsolateral subnucleus in 15-, 30- and 90-day-old WKY and SHR. A(1)R increase from rostral to caudal subpostremal subnucleus in 30- and 90-day-old WKY, and in 15-, 30- and 90-day-old SHR. Furthermore, A(1)Rs are increased in SHR as compared with WKY within dorsomedial/dorsolateral in 30- and 90-day-old and within subpostremal of 15-, 30- and 90-day-old rats. Finally, A(1)Rs increase from 1- to 30-day-old rats. Medial/intermediate did not show any changes in A(1)R from rostral to caudal levels, age or strain. In summary, our result highlights the importance of A1 adenosine system regarding the neural control of blood pressure and the development of hypertension.

Can the `yin and yang` BDNF hypothesis be used to predict the effects of rTMS treatment in neuropsychiatry?

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is a novel technique of non-invasive brain stimulation which has been used to treat several neuropsychiatric disorders such as major depressive disorder, chronic pain and epilepsy. Recent studies have shown that the therapeutic effects of rTMS are associated with plastic changes in local and distant neural networks. In fact, it has been suggested that rTMS induces long-term potentiation (LTP) and long-term depression (LTD) - like effects. Besides the initial positive clinical results; the effects of rTMS are stilt mixed. Therefore new toots to assess the effects of plasticity non-invasively might be useful to predict its therapeutic effects and design novel therapeutic approaches using rTMS. In this paper we propose that brain-derived neurotrophic factor (BDNF) might be such a tool. Brain-derived neurotrophic factor is a neurotrophin that plays a key role in neuronal survival and synaptic strength, which has also been studied in several neuropsychiatric disorders. There is robust evidence associating BDNF with the LTP/LTD processes, and indeed it has been proposed that BNDF might index an increase or decrease of brain activity - the `yin and yang` BDNF hypothesis. In this article, we review the initial studies combining measurements of BDNF in rTMS clinical trials and discuss the results and potential usefulness of this instrument in the field of rTMS. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.