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.

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.

Characterizing cortical myosin mini-filament regulation, length and its macroscopic implications in cytokinetic dynamics.

Au cours de la cytokinèse, le génome dédoublé est compartimentalisé en deux cellules filles. L’anneau contractile, une structure dynamique, est constitué d’actine, myosine (NMY-II) et d’autres protéines accessoires. NMY-2 est le seul moteur protéique impliqué dans la contraction de l’anneau durant la cytokinèse. Depuis longtemps, il a été considéré que celle-ci glissait le long des filaments d’actine grâce à sa capacité de traction. Récemment, plusieurs études ont découvert que son activité réticulante joue un rôle en cytokinèse et il est connu que la NMY-2 peut s’assembler en filaments bipolaires à partir de dimères. Ainsi, nous postulons que leur dimension (nombre de moteurs ATPasiques) pourrait dicter leur contribution en activité motrice et réticulante. Afin de déterminer la composition des filaments corticaux de NMY-2, nous avons utilisé une technique d'imagerie de molécules individuelles à l’aide de la microscopie TIRF. J’ai trouvé à travers l’analyse statistique de la distribution des NMY-2 mesurés que les filaments sont assemblés à deux dimensions constantes: Des filaments composés de 20 dimères et 30 dimères. La kinase Rho est une activatrice de NMY-2 nécessaire pour les niveaux physiologiques de NMY-2 sur l’anneau contractile, pour des cinétiques et fermeture concentrique de l’anneau. La déplétion de RhoK augmente l’abondance relative des filaments de 20 dimères. Ainsi, RhoK pourrait réguler le recrutement de la NMY et aussi l’assemblage des filaments corticaux de NMY-2. De plus, à l’aide de la microscopie confocale à temps réel, j’ai trouvé que lors de la déplétion de RhoK, il se produit une réduction du recrutement et du délai d’initiation du sillon, une fermeture lente et une augmentation significative de la concentricité de l’anneau. De plus, j’ai mesuré des défauts dans l’organisation corticale de l’anneau contractile en patch. La déplétion de MRCK-1 n’affecte pas l’initiation du sillon, les cinétiques de fermeture, ou la fermeture concentrique de l’anneau. Paradoxalement, la déplétion de MRCK-1 augmente le recrutement cortical de NMY-2, mais quand depleté simultanément avec Rho-K il diminue NMY-2 à l’équateur comparé à la déplétion seule de Rho-K. De plus, la double déplétion, conduit à un phénotype de concentricité de l’anneau, suivie d’un recentrage.

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.

Observations on Cortical Mechanisms for Object Recognition andsLearning

This paper sketches a hypothetical cortical architecture for visual 3D object recognition based on a recent computational model. The view-centered scheme relies on modules for learning from examples, such as Hyperbf-like networks. Such models capture a class of explanations we call Memory-Based Models (MBM) that contains sparse population coding, memory-based recognition, and codebooks of prototypes. Unlike the sigmoidal units of some artificial neural networks, the units of MBMs are consistent with the description of cortical neurons. We describe how an example of MBM may be realized in terms of cortical circuitry and biophysical mechanisms, consistent with psychophysical and physiological data.

Diferencias en la fluidez sangu??nea cortical en los subtipos de TDAH : un estudio piloto

Resumen tomado de la publicaci??n

The slow cortical evoked potential: cross modality interaction of auditory, vibro-tactile and shock stimuli

This paper discusses a study that collected cortical evoked responses when stimuli of different modalities were presented.

Effect of stimulus intensity on cortical potentials in cochlear implant recipients

Cortical auditory evoked potentials were recorded in cochlear implant recipients and in individuals with normal hearing using a speech stimulus. Responses were acquired over two test sessions to investigate between group differences and test repeatability. Results indicate significant differences in N1-P2 latency and amplitude measures between cochlear implant recipients and individuals with normal hearing.

Investigation of the effects of the novel anticonvulsant compound carisbamate(RWJ-333369) on rat piriform cortical neurones in vitro

Background and purpose: Carisbamate is being developed for adjuvant treatment of partial onset epilepsy. Carisbamate produces anticonvulsant effects in primary generalized, complex partial and absence-type seizure models, and exhibits neuroprotective and antiepileptogenic properties in rodent epilepsy models. Phase IIb clinical trials of carisbamate demonstrated efficacy against partial onset seizures; however, its mechanisms of action remain unknown. Here, we report the effects of carisbamate on membrane properties, evoked and spontaneous synaptic transmission and induced epileptiform discharges in layer II-III neurones in piriform cortical brain slices. Experimental approach: Effects of carisbamate were investigated in rat piriform cortical neurones by using intracellular electrophysiological recordings. Key results: Carisbamate (50–400 mmol·L-1) reversibly decreased amplitude, duration and rise-time of evoked action potentials and inhibited repetitive firing, consistent with use-dependent Na+ channel block; 150–400 mmol·L-1 carisbamate reduced neuronal input resistance, without altering membrane potential. After microelectrode intracellular Cl- loading, carisbamate depolarized cells, an effect reversed by picrotoxin. Carisbamate (100–400 mmol·L-1) also selectively depressed lateral olfactory tract-afferent evoked excitatory synaptic transmission (opposed by picrotoxin), consistent with activation of a presynaptic Cl conductance. Lidocaine (40–320 mmol·L-1) mimicked carisbamate, implying similar modes of action. Carisbamate (300–600 mmol·L-1) had no effect on spontaneous GABAA miniature inhibitory postsynaptic currents and at lower concentrations (50–200 mmol·L-1) inhibited Mg2+-free or 4-aminopyridine-induced seizure-like discharges. Conclusions and implications: Carisbamate blocked evoked action potentials use-dependently, consistent with a primary action on Na+ channels and increased Cl- conductances presynaptically and, under certain conditions, postsynaptically to selectively depress excitatory neurotransmission in piriform cortical layer Ia-afferent terminals.

Prolonged neglect following unilateral disruption of a prefrontal cortical-dorsal striatal system.

We investigated the potential function of the system formed by connections between the medial prefrontal cortex and the dorsomedial striatum in aspects of attentional function in the rat. It has been reported previously that disconnection of the same corticostriatal circuit produced marked deficits in performance of a serial, choice reaction-time task while sparing the acquisition of an appetitive Pavlovian approach behaviour in an autoshaping task (Christakou et al., 2001). Here, we hypothesized that unilateral disruption of the same circuit would lead to hemispatial inattention, contrasting with the global attention deficit following complete disconnection of the system. Combined unilateral lesions of the medial prefrontal cortex (mPFC) and the medial caudate-putamen (mCPu) within the same hemisphere produced a severe and long-lasting contralesional neglect syndrome while sparing the acquisition of autoshaping. These results provide further evidence for the involvement of the medial prefrontal-dorsomedial striatal circuit in aspects of attentional function, as well as insight into the nature of neglect deficits following lesions at different levels within corticostriatal circuitry.

Prefrontal cortical-ventral striatal interactions involved in affective modulation of attentional performance: implications for corticostriatal circuit function

Anatomically segregated systems linking the frontal cortex and the striatum are involved in various aspects of cognitive, affective, and motor processing. In this study, we examined the effects of combined unilateral lesions of the medial prefrontal cortex (mPFC) and the core subregion of the nucleus accumbens (AcbC) in opposite hemispheres (disconnection) on a continuous performance, visual attention test [five-choice serial reaction-time task (5CSRTT)]. The disconnection lesion produced a set of specific changes in performance of the 5CSRTT, resembling changes that followed bilateral AcbC lesions while, in addition, comprising a subset of the behavioral changes after bilateral mPFC lesions previously reported using the same task. Specifically, both mPFC/AcbC disconnection and bilateral AcbC lesions markedly affected aspects of response control related to affective feedback, as indexed by perseverative responding in the 5CSRTT. These effects were comparable, although not identical, to those in animals with either bilateral AcbC or mPFC/AcbC disconnection lesions. The mPFC/AcbC disconnection resulted in a behavioral profile largely distinct from that produced by disconnection of a similar circuit described previously, between the mPFC and the dorsomedial striatum, which were shown to form a functional network underlying aspects of visual attention and attention to action. This distinction provides an insight into the functional specialization of corticostriatal circuits in similar behavioral contexts.

Functional disconnection of a prefrontal cortical-dorsal striatal system disrupts choice reaction time performance: implications for attentional function

This series of experiments investigated the role of a prefrontal cortical-dorsal striatal circuit in attention, using a continuous performance task of sustained and spatially divided visual attention. A unilateral excitotoxic lesion of the medial prefrontal cortex and a contralateral lesion of the medial caudate-putamen were used to "disconnect" the circuit. Control groups of rats with unilateral lesions of either structure were tested in the same task. Behavioral controls included testing the effects of the disconnection lesion on Pavlovian discriminated approach behavior. The disconnection lesion produced a significant reduction in the accuracy of performance in the attentional task but did not impair Pavlovian approach behavior or affect locomotor or motivational variables, providing evidence for the involvement of this medial prefrontal corticostriatal system in aspects of visual attentional function.

Regional variation in cortical bone properties from broiler fowl - a first look

1. We used microhardness testing as a probe for fine-scale regional variation in the mechanical performance of bone and present data showing the extent of regional variation in the femora and humeri of 7-week-old broiler birds. 2. Ash content of dry bone was broadly correlated with microhardness, although there is some evidence that the relationship linking the two differs between the femur and the humerus. 3. Regional variations in the properties of bone from poultry are widely overlooked in the literature. Awareness of them is vital and existing measures of bone 'strength' may be misleading if local variation in properties is not taken into account when exploring the effects of nutrition and husbandry practices on bone mechanical performance.