Impact d’une sieste sur plasticité cérébrale induite par stimulation magnétique transcrânienne

Chez l’humain, différents protocoles de stimulation magnétique transcrânienne répétée (SMTr) peuvent être utilisés afin de manipuler expérimentalement la plasticité cérébrale au niveau du cortex moteur primaire (M1). Ces techniques ont permis de mieux comprendre le rôle du sommeil dans la régulation de la plasticité cérébrale. Récemment, une étude a montré que lorsqu’une première session de stimulation SMTr au niveau de M1 est suivie d’une nuit de sommeil, l’induction subséquente de la plasticité par une deuxième session SMTr est augmentée. La présente étude a investigué si ce type de métaplasticité pouvait également bénéficier d’une sieste diurne. Quatorze sujets en santé ont reçu deux sessions de intermittent theta burst stimulation (iTBS) connue pour son effet facilitateur sur l’excitabilité corticale. Les sessions de stimulation étaient séparées par une sieste de 90 minutes ou par une période équivalente d’éveil. L’excitabilité corticale était quantifiée en terme d’amplitude des potentiels évoqués moteurs (PEM) mesurés avant et après chaque session de iTBS. Les résultats montrent que la iTBS n’est pas parvenue à augmenter de manière robuste l’amplitude des PEMs lors de la première session de stimulation. Lors de la deuxième session de stimulation, la iTBS a produit des changements plastiques variables et ce peu importe si les sujets ont dormi ou pas. Les effets de la iTBS sur l’excitabilité corticale étaient marqués par une importante variabilité inter et intra-individuelle dont les possibles causes sont discutées.

The effect of lesion size on cortical reorganization in the ipsi and contralesional hemispheres.

Bien que la plasticité ipsilesionnelle suite à un accident vasculo-cérébral (AVC) soit bien établie, la réorganisation du cortex contralésionnel et son effet sur la récupération fonctionnelle restent toujours non élucidés. Les études publiées présentent des points de vue contradictoires sur le rôle du cortex contralésionnel dans la récupération fonctionnelle. La taille de lésion pourrait être le facteur déterminant la réorganisation de ce dernier. Le but principal de cette étude fut donc d’évaluer l’effet des AVC de tailles différentes dans la région caudal forelimb area (CFA) du rat sur la réorganisation physiologique et la récupération comportementale de la main. Suite à une période de récupération spontanée pendant laquelle la performance motrice des deux membres antérieurs fut observée, les cartes motrices bilatérales du CFA et du rostral forelimb area (RFA) furent obtenues. Nous avons trouvé que le volume de lésion était en corrélation avec le niveau de récupération comportementale et l’étendue de la réorganisation des RFA bilatéraux. Aussi, les rats ayant de grandes lésions avaient des plus grandes représentations de la main dans le RFA de l’hémisphère ipsilésionnel et un déficit de fonctionnement plus persistant de la main parétique. Dans l’hémisphère contralésionnel nous avons trouvé que les rats avec des plus grandes représentations de la main dans le RFA avaient des lésions plus grandes et une récupération incomplète de la main parétique. Nos résultats confirment l’effet du volume de lésion sur la réorganisation du cortex contralésionnel et soulignent que le RFA est l’aire motrice la plus influencée dans le cortex contralésionnel.

Contributions des voies vestibulospinale et corticospinale au contrôle des mouvements du bras

Le contrôle des mouvements du bras fait intervenir plusieurs voies provenant du cerveau. Cette thèse, composée principalement de deux études, tente d’éclaircir les contributions des voies tirant leur origine du système vestibulaire et du cortex moteur. Dans la première étude (Raptis et al 2007), impliquant des mouvements d’atteinte, nous avons cerné l’importance des voies descendantes partant du système vestibulaire pour l’équivalence motrice, i.e. la capacité du système moteur à atteindre un but moteur donné lorsque le nombre de degrés de liberté articulaires varie. L’hypothèse émise était que le système vestibulaire joue un rôle essentiel dans l’équivalence motrice. Nous avons comparé la capacité d’équivalence motrice de sujets sains et de patients vestibulodéficients chroniques lors de mouvements nécessitant un contrôle des positions du bras et du tronc. Pendant que leur vision était temporairement bloquée, les sujets devaient soit maintenir une position de l’index pendant une flexion du tronc, soit atteindre une cible dans l’espace péri-personnel en combinant le mouvement du bras avec une flexion du tronc. Lors d’essais déterminés aléatoirement et imprévus par les participants, leur tronc était retenu par un mécanisme électromagnétique s’activant en même temps que le signal de départ. Les sujets sains ont pu préserver la position ou la trajectoire de l’index dans les deux conditions du tronc (libre, bloqué) en adaptant avec une courte latence (60-180 ms) les mouvements articulaires au niveau du coude et de l’épaule. En comparaison, six des sept patients vestibulodéficients chroniques ont présenté des déficits au plan des adaptations angulaires compensatoires. Pour ces patients, entre 30 % et 100 % du mouvement du tronc n’a pas été compensé et a été transmis à la position ou trajectoire de l’index. Ces résultats indiqueraient que les influences vestibulaires évoquées par le mouvement de la tête pendant la flexion du tronc jouent un rôle majeur pour garantir l’équivalence motrice dans ces tâches d’atteinte lorsque le nombre de degrés de liberté articulaires varie. Également, ils démontrent que la plasticité de long terme survenant spontanément après une lésion vestibulaire unilatérale complète ne serait pas suffisante pour permettre au SNC de retrouver un niveau d’équivalence motrice normal dans les actions combinant un déplacement du bras et du tronc. Ces tâches de coordination bras-tronc constituent ainsi une approche inédite et sensible pour l’évaluation clinique des déficits vestibulaires. Elles permettent de sonder une dimension fonctionnelle des influences vestibulaires qui n’était pas prise en compte dans les tests cliniques usuels, dont la sensibilité relativement limitée empêche souvent la détection d’insuffisances vestibulaires six mois après une lésion de ces voies. Avec cette première étude, nous avons donc exploré comment le cerveau et les voies descendantes intègrent des degrés de liberté articulaires supplémentaires dans le contrôle du bras. Dans la seconde étude (Raptis et al 2010), notre but était de clarifier la nature des variables spécifiées par les voies descendantes pour le contrôle d’actions motrices réalisées avec ce membre. Nous avons testé l’hypothèse selon laquelle les voies corticospinales contrôlent la position et les mouvements des bras en modulant la position-seuil (position de référence à partir de laquelle les muscles commencent à être activés en réponse à une déviation de cette référence). Selon ce principe, les voies corticospinales ne spécifieraient pas directement les patrons d’activité EMG, ce qui se refléterait par une dissociation entre l’EMG et l’excitabilité corticospinale pour des positions-seuils différentes. Dans un manipulandum, des participants (n=16) ont modifié leur angle du poignet, d’une position de flexion (45°) à une position d’extension (-25°), et vice-versa. Les forces élastiques passives des muscles ont été compensées avec un moteur couple afin que les sujets puissent égaliser leur activité EMG de base dans les deux positions. L’excitabilité motoneuronale dans ces positions a été comparée à travers l’analyse des réponses EMG évoquées à la suite d’étirements brefs. Dans les deux positions, le niveau d’EMG et l’excitabilité motoneuronale étaient semblables. De plus, ces tests ont permis de montrer que le repositionnement du poignet était associé à une translation de la position-seuil. Par contre, malgré la similitude de l’excitabilité motoneuronale dans ces positions, l’excitabilité corticospinale des muscles du poignet était significativement différente : les impulsions de stimulation magnétique transcrânienne (TMS; à 1.2 MT, sur l’aire du poignet de M1) ont provoqué des potentiels moteurs évoqués (MEP) de plus grande amplitude en flexion pour les fléchisseurs comparativement à la position d’extension et vice-versa pour les extenseurs (p<0.005 pour le groupe). Lorsque les mêmes positions étaient établies après une relaxation profonde, les réponses réflexes et les amplitudes des MEPs ont drastiquement diminué. La relation caractéristique observée entre position physique et amplitude des MEPs dans le positionnement actif s’est aussi estompée lorsque les muscles étaient relâchés. Cette étude suggère que la voie corticospinale, en association avec les autres voies descendantes, participerait au contrôle de la position-seuil, un processus qui prédéterminerait le référentiel spatial dans lequel l’activité EMG émerge. Ce contrôle de la « référence » constituerait un principe commun s’appliquant à la fois au contrôle de la force musculaire, de la position, du mouvement et de la relaxation. Nous avons aussi mis en évidence qu’il est nécessaire, dans les prochaines recherches ou applications utilisant la TMS, de prendre en compte la configuration-seuil des articulations, afin de bien interpréter les réponses musculaires (ou leurs changements) évoquées par cette technique; en effet, la configuration-seuil influencerait de manière notable l’excitabilité corticomotrice, qui peut être considérée comme un indicateur non seulement lors d’activités musculaires, mais aussi cognitives, après apprentissages moteurs ou lésions neurologiques causant des déficits moteurs (ex. spasticité, faiblesse). Considérées dans leur ensemble, ces deux études apportent un éclairage inédit sur des principes fondamentaux du contrôle moteur : nous y illustrons de manière plus large le rôle du système vestibulaire dans les tâches d’atteinte exigeant une coordination entre le bras et son « support » (le tronc) et clarifions l’implication des voies corticomotrices dans la spécification de paramètres élémentaires du contrôle moteur du bras. De plus amples recherches sont cependant nécessaires afin de mieux comprendre comment les systèmes sensoriels et descendants (e.g. vestibulo-, réticulo-, rubro-, propriospinal) participent et interagissent avec les signaux corticofugaux afin de spécifier les seuils neuromusculaires dans le contrôle de la posture et du mouvement.

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.

Variabilité individuelle de l'allocation fonctionnelle des régions cérébrales perceptives dans l'autisme

Introduction : Une augmentation de la plasticité cérébrale est susceptible d’être impliquée dans la réallocation des régions corticales et dans les nombreuses altérations microstructurelles observées en autisme. Considérant les nombreux résultats démontrant un surfonctionnement perceptif et un fonctionnement moteur atypique en autisme, l’augmentation de la plasticité cérébrale suggère une plus grande variabilité individuelle de l’allocation fonctionnelle chez cette population, plus spécifiquement dans les régions perceptives et motrices. Méthode : Afin de tester cette hypothèse, 23 participants autistes de haut-niveau et 22 non-autistes appariés pour l’âge, le quotient intellectuel, les résultats au test des Matrices de Raven et la latéralité, ont réalisé une tâche d’imitation visuo-motrice dans un appareil d’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf). Pour chaque participant, les coordonnées du pic d’activation le plus élevé ont été extraites des aires motrices primaires (Aire de Brodmann 4 (BA4)) et supplémentaires (BA6), du cortex visuo-moteur pariétal supérieur (BA7) ainsi que des aires visuelles primaires (BA17) et associatives (BA18+19) des deux hémisphères. L’étendue des activations, mesurée en fonction du nombre de voxels activés, et la différence d’intensité des activations, calculée en fonction du changement moyen d’intensité du signal ont également été considérées. Pour chaque région d’intérêt et hémisphère, la distance entre la localisation de l’activation maximale de chaque participant par rapport à celle de la moyenne de son groupe a servi de variable d’intérêt. Les moyennes de ces distances individuelles obtenues pour chaque groupe et chacune des régions d’intérêt ont ensuite été soumises à une ANOVA à mesures répétées afin de déterminer s’il existait des différences de variabilité dans la localisation des activations entre les groupes. Enfin, l’activation fonctionnelle générale à l’intérieur de chaque groupe et entre les groupes a également été étudiée. Résultats : Les résultats démontrent qu’une augmentation de la variabilité individuelle en terme de localisation des activations s’est produite à l’intérieur des deux groupes dans les aires associatives motrices et visuelles comparativement aux aires primaires associées. Néanmoins, malgré le fait que cette augmentation de variabilité dans les aires associatives soit partagée, une comparaison directe de celle-ci entre les groupes a démontré que les autistes présentaient une plus grande variabilité de la localisation des activations fonctionnelles dans le cortex visuo-moteur pariétal supérieur (BA7) et les aires associatives visuelles (BA18+19) de l’hémisphère gauche. Conclusion : Des stratégies différentes et possiblement uniques pour chaque individu semblent être observées en autisme. L’augmentation de la variabilité individuelle de la localisation des activations fonctionnelles retrouvée chez les autistes dans les aires associatives, où l’on observe également davantage de variabilité chez les non-autistes, suggère qu’une augmentation et/ou une altération des mécanismes de plasticité est impliquée dans l’autisme.

Le GABA comme marqueur de récupération suite à une commotion cérébrale dans le sport ?

L’association démontrée récemment entre les commotions cérébrales dans le sport et le développement possible de maladies neurodégénératives a suggéré la possibilité que des altérations persistantes soient présentes dans le cerveau de l’athlète commotionné. En fait, des altérations neurophysiologiques ont récemment été révélées au sein du cortex moteur primaire (M1) d’athlètes ayant un historique de commotions via la stimulation magnétique transcrânienne (SMT). Plus précisément, la période silencieuse corticale (PSC), une mesure d’inhibition liée aux récepteurs GABAB, était anormalement élevée, et cette hyper-inhibition était présente jusqu’à 30 ans post-commotion. La PSC, et possiblement le GABA, pourraient donc s’avérer des marqueurs objectifs des effets persistants de la commotion cérébrale. Toutefois, aucune étude à ce jour n’a directement évalué les niveaux de GABA chez l’athlète commotionné. Ainsi, les études cliniques et méthodologiques composant le présent ouvrage comportent deux objectifs principaux: (1) déterminer si l’inhibition excessive (GABA et PSC) est un marqueur des effets persistants de la commotion cérébrale; (2) déterminer s’il est possible de moduler l’inhibition intracorticale de façon non-invasive dans l’optique de développer de futurs avenues de traitements. L’article 1 révèle une préservation des systèmes sensorimoteurs, somatosensoriels et de l’inhibition liée au GABAA chez un groupe d’athlètes universitaires asymptomatiques ayant subi de multiples commotions cérébrales en comparaison avec des athlètes sans historique connu de commotion cérébrale. Cependant, une atteinte spécifique des mesures liées au système inhibiteur associé aux récepteurs GABAB est révélée chez les athlètes commotionnés en moyenne 24 mois post-commotion. Dans l’article 2, aucune atteinte des mesures SMT liées au système inhibiteur n’est révélée en moyenne 41 mois après la dernière commotion cérébrale chez un groupe d’athlètes asymptomatiques ayant subi 1 à 5 commotions cérébrales. Bien qu’aucune différence entre les groupes n’est obtenue quant aux concentrations de GABA et de glutamate dans M1 via la spectroscopie par résonance magnétique (SRM), des corrélations différentielles suggèrent la présence d’un déséquilibre métabolique entre le GABA et le glutamate chez les athlètes commotionnés. L’article 3 a démontré, chez des individus en bonne santé, un lien entre la PSC et la transmission glutamatergique, ainsi que le GABA et le glutamate. Ces résultats suggèrent que la PSC ne reflète pas directement les concentrations du GABA mesurées par la SRM, mais qu’un lien étroit entre la GABA et le glutamate est présent. L’article 4 a démontré la possibilité de moduler la PSC avec la stimulation électrique transcrânienne à courant direct (SÉTcd) anodale chez des individus en santé, suggérant l’existence d’un potentiel thérapeutique lié à l’utilisation de cette technique. L’article 5 a illustré un protocole d’évaluation des effets métaboliques de la SÉTcd bilatérale. Dans l’article 6, aucune modulation des systèmes GABAergiques révélées par la SMT et la SRM n’est obtenue suite à l’utilisation de ce protocole auprès d’individus en santé. Cet article révèle également que la SÉTcd anodale n’engendre pas de modulation significative du GABA et du glutamate. En somme, les études incluent dans le présent ouvrage ont permis d’approfondir les connaissances sur les effets neurophysiologiques et métaboliques des commotions cérébrales, mais également sur le mécanisme d’action des diverses méthodologies utilisées.

Age-related changes in the functional neuroanatomy of overt speech production

Alterations of existing neural networks during healthy aging, resulting in behavioral deficits and changes in brain activity, have been described for cognitive, motor, and sensory functions. To investigate age-related changes in the neural circuitry underlying overt non-lexical speech production, functional MRI was performed in 14 healthy younger (21–32 years) and 14 healthy older individuals (62–84 years). The experimental task involved the acoustically cued overt production of the vowel /a/ and the polysyllabic utterance /pataka/. In younger and older individuals, overt speech production was associated with the activation of a widespread articulo-phonological network, including the primary motor cortex, the supplementary motor area, the cingulate motor areas, and the posterior superior temporal cortex, similar in the /a/ and /pataka/ condition. An analysis of variance with the factors age and condition revealed a significant main effect of age. Irrespective of the experimental condition, significantly greater activation was found in the bilateral posterior superior temporal cortex, the posterior temporal plane, and the transverse temporal gyri in younger compared to older individuals. Significantly greater activation was found in the bilateral middle temporal gyri, medial frontal gyri, middle frontal gyri, and inferior frontal gyri in older vs. younger individuals. The analysis of variance did not reveal a significant main effect of condition and no significant interaction of age and condition. These results suggest a complex reorganization of neural networks dedicated to the production of speech during healthy aging.

Exploration of the neural correlates of cerebral palsy for sensorimotor BCI control

Cerebral palsy (CP) includes a broad range of disorders, which can result in impairment of posture and movement control. Brain-computer interfaces (BCIs) have been proposed as assistive devices for individuals with CP. Better understanding of the neural processing underlying motor control in affected individuals could lead to more targeted BCI rehabilitation and treatment options. We have explored well-known neural correlates of movement, including event-related desynchronization (ERD), phase synchrony, and a recently-introduced measure of phase dynamics, in participants with CP and healthy control participants. Although present, significantly less ERD and phase locking were found in the group with CP. Additionally, inter-group differences in phase dynamics were also significant. Taken together these findings suggest that users with CP exhibit lower levels of motor cortex activation during motor imagery, as reflected in lower levels of ongoing mu suppression and less functional connectivity. These differences indicate that development of BCIs for individuals with CP may pose additional challenges beyond those faced in providing BCIs to healthy individuals.

Changes in music tempo entrain movement related brain activity

The neural mechanisms of music listening and appreciation are not yet completely understood. Based on the apparent relationship between the beats per minute (tempo) of music and the desire to move (for example feet tapping) induced while listening to that music it is hypothesised that musical tempo may evoke movement related activity in the brain. Participants are instructed to listen, without moving, to a large range of musical pieces spanning a range of styles and tempos during an electroencephalogram (EEG) experiment. Event-related desynchronisation (ERD) in the EEG is observed to correlate significantly with the variance of the tempo of the musical stimuli. This suggests that the dynamics of the beat of the music may induce movement related brain activity in the motor cortex. Furthermore, significant correlations are observed between EEG activity in the alpha band over the motor cortex and the bandpower of the music in the same frequency band over time. This relationship is observed to correlate with the strength of the ERD, suggesting entrainment of motor cortical activity relates to increased ERD strength

Video stimuli reduce object-directed imitation accuracy: a novel two-person motion-tracking approach

Imitation is an important form of social behavior, and research has aimed to discover and explain the neural and kinematic aspects of imitation. However, much of this research has featured single participants imitating in response to pre-recorded video stimuli. This is in spite of findings that show reduced neural activation to video vs. real life movement stimuli, particularly in the motor cortex. We investigated the degree to which video stimuli may affect the imitation process using a novel motion tracking paradigm with high spatial and temporal resolution. We recorded 14 positions on the hands, arms, and heads of two individuals in an imitation experiment. One individual freely moved within given parameters (moving balls across a series of pegs) and a second participant imitated. This task was performed with either simple (one ball) or complex (three balls) movement difficulty, and either face-to-face or via a live video projection. After an exploratory analysis, three dependent variables were chosen for examination: 3D grip position, joint angles in the arm, and grip aperture. A cross-correlation and multivariate analysis revealed that object-directed imitation task accuracy (as represented by grip position) was reduced in video compared to face-to-face feedback, and in complex compared to simple difficulty. This was most prevalent in the left-right and forward-back motions, relevant to the imitator sitting face-to-face with the actor or with a live projected video of the same actor. The results suggest that for tasks which require object-directed imitation, video stimuli may not be an ecologically valid way to present task materials. However, no similar effects were found in the joint angle and grip aperture variables, suggesting that there are limits to the influence of video stimuli on imitation. The implications of these results are discussed with regards to previous findings, and with suggestions for future experimentation.

Enhanced neural response to anticipation, effort and consummation of reward and aversion during Bupropion treatment

Background We have previously shown that the selective serotonergic re-uptake inhibitor, citalopram, reduces the neural response to reward and aversion in healthy volunteers. We suggest that this inhibitory effect might underlie the emotional blunting reported by patients on these medications. Bupropion is a dopaminergic and noradrenergic re-uptake inhibitor and has been suggested to have more therapeutic effects on reward-related deficits. However, how bupropion affects the neural responses to reward and aversion is unclear. Methods 17 healthy volunteers (9 female, 8 male) received 7 days of bupropion (150 mg/day) and 7 days of placebo treatment, in a double-blind crossover design. Our functional Magnetic Resonance Imaging task consisted of 3 phases; an anticipatory phase (pleasant or unpleasant cue), an effort phase (button presses to achieve a pleasant taste or to avoid an unpleasant taste) and a consummatory phase (pleasant or unpleasant tastes). Volunteers also rated wanting, pleasantness and intensity of the tastes. Results Relative to placebo, bupropion increased activity during the anticipation phase in the ventral medial prefrontal cortex (vmPFC) and caudate. During the effort phase, bupropion increased activity in the vmPFC, striatum, dorsal anterior cingulate cortex and primary motor cortex. Bupropion also increased medial orbitofrontal cortex, amygdala and ventral striatum activity during the consummatory phase. Conclusions Our results are the first to show that bupropion can increase neural responses during the anticipation, effort and consummation of rewarding and aversive stimuli. This supports the notion that bupropion might be beneficial for depressed patients with reward-related deficits and blunted affect.

Corticomuscular coherence modulation with the pattern of finger force coordination

We assess the corticomuscular coherence (CMC) of the contralateral primary motor cortex and the hand muscles during a finger force-tracking task and explore whether the pattern of finger coordination has an impact on the CMC level. Six healthy subjects (three men and three women) were recruited to conduct the force-tracking tasks comprising two finger patterns, i.e., natural combination of index and middle fingers and unnatural combination of index and middle fingers (i.e., simultaneously producing equal force strength in index and middle finger). During the conducting of the tasks with right index and middle finger, MEG and sEMG signals were recorded from left primary motor cortex (M1) and right flexor digitorum superficialis (FDS), respectively; the contralateral CMC was calculated to assess the neuromuscular interaction. Finger force-tracking tasks of Common-IM only induce beta-band CMC, whereas Uncommon-IM tasks produce CMC in both beta and low-gamma band. Compared to the force-tracking tasks of Common-IM, the Uncommon-IM task is associated with the most intensive contralateral CMC. Our study demonstrated that the pattern of finger coordination had significant impact on the CMC between the contralateral M1 and hand muscles, and more corticomuscular interaction was necessary for unnaturally coordinated finger activities to regulate the fixed neural drive of hand muscles.

Melanin-concentrating hormone projections to areas involved in somatomotor responses

The lateral hypothalamic area (LHA) participates in the integration of sensory information and somatomotor responses associated with hunger and thirst. Although the LHA is neurochemically heterogeneous, a particularly high number of cells express melanin-concentrating hormone (MCH), which has been reported to play a role in energy homeostasis. Treatment with MCH increases food intake, and MCH mRNA is overexpressed in leptin-deficient (ob/ob) mice. Mice lacking both MCH and leptin present reduced body fat, mainly due to increased resting energy expenditure and locomotor activity. Dense MCH innervation of the cerebral motor cortex (MCx) and the pedunculopontine tegmental nucleus (PPT), both related to motor function, has been reported. Therefore, we postulated that a specific group of MCH neurons project to these areas. To investigate our hypothesis, we injected retrograde tracers into the MCx and the PPT of rats, combined with immunohistochemistry. We found that 25% of the LHA neurons projecting to the PPT were immunoreactive for MCH, and that 75% of the LHA neurons projecting to the MCx also contained MCH. Few MCH neurons were found to send collaterals to both areas. We also found that 15% of the incerto-hypothalamic neurons projecting to the PPT expressed MCH immunoreactivity. Those neurons preferentially innervated the rostral PPT. In addition, we observed that the MCH neurons express glutamic acid decarboxylase mRNA, a gamma-aminobutyric acid (GABA) synthesizing enzyme. We postulate that MCH/GABA neurons are involved in the inhibitory modulation of the innervated areas, decreasing motor activity in states of negative energy balance. (C) 2007 Published by Elsevier B.V.

Exercise-induced plasticity of AMPA-type glutamate receptor subunits in the rat brain

The aim of this study was to analyze the plastic effects of moderate exercise upon the motor cortex (M1 and M2 areas), cerebellum (Cb), and striatum (CPu) of the rat brain This assessment was made by verifying the expression of AMPA type glutamate receptor subunits (GluR1 and GluR2/3) We used adult Wistar rats, divided into 5 groups based on duration of exercise training, namely 3 days (EX3), 7 days (EX7) 15 days (EX15) 30 days (EX30), and sedentary (S) The exercised animals were subjected to a treadmill exercise protocol at the speed of the 10 meters/min for 40 mm After exercise, the brains were subjected to immunohistochemistry and immunoblotting to analyze changes of GluR1 and GluR2/3, and plasma cortcosterone was measured by ELISA in order to verify potential stress induced by physical training Overall the results of immunohistochemistry and immunoblotting were similar and revealed that GluR subunits show distinct responses over the exercise periods and for the different structures analyzed In general, there was increased expression of GluR subunits after longer exercise periods (such as EX30) although some opposite effects were seen after short periods of exercise (Ex3) In a few cases biphasic patterns with decreases and subsequent increases of GluR expression were seen and may represent the outcome of exercise dependent, complex regulatory processes The data show that the protocol used was able to promote plastic GluR changes during exercise, suggesting a specific involvement of these receptors in exercise induced plasticity processes in the brain areas tested (C) 2010 Elsevier B V All rights reserved

THE ROLE OF THE SUPERIOR COLLICULUS IN PREDATORY HUNTING

Combining the results of behavioral, neuronal immediate early gene activation, lesion and neuroanatomical experiments, we have presently investigated the role of the superior colliculus (SC) in predatory hunting. First, we have shown that insect hunting is associated with a characteristic large increase in Fos expression in the lateral part of the intermediate gray layer of the SC (Wig). Next, we have shown that animals with bilateral NMDA lesions of the lateral parts of the SC presented a significant delay in starting to chase the prey and longer periods engaged in other activities than predatory hunting. They also showed a clear deficit to orient themselves toward the moving prey and lost the stereotyped sequence of actions seen for capturing, holding and killing the prey. Our Phaseolus vulgaris-leucoagglutinin analysis revealed that the lateral SCig, besides providing the well-documented descending crossed pathway to premotor sites in brainstem and spinal cord, projects to a number of midbrain and diencephalic sites likely to influence key functions in the context of the predatory behavior, such as general levels of arousal, motivational level to hunt or forage, behavioral planning, appropriate selection of the basal ganglia motor plan to hunt, and motor output of the primary motor cortex. In contrast to the lateral SC lesions, medial SC lesions produced a small deficit in predatory hunting, and compared to what we have seen for the lateral SCig, the medial SCig has a very limited set of projections to thalamic sites related to the control of motor planning or motor output, and provides conspicuous inputs to brainstem sites involved in organizing a wide range of anti-predatory defensive responses. Overall, the present results served to clarify how the different functional domains in the SC may mediate the decision to pursue and hunt a prey or escape from a predator. (C) 2010 IBRO. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.