Stereologic estimates of total spinophilin-immunoreactive spine number in area 9 and the CA1 field: Relationship with the progression of Alzheimer's disease

The loss of presynaptic markers is thought to represent a strong pathologic correlate of cognitive decline in Alzheimer's disease (AD). Spinophilin is a postsynaptic marker mainly located to the heads of dendritic spines. We assessed total numbers of spinophilin-immunoreactive puncta. in the CA I and CA3 fields of hippocampus and area 9 in 18 elderly individuals with various degrees of cognitive decline. The decrease in spinophilin-immunoreactivity was significantly related to both Braak neurofibrillary tangle (NFT) staging and clinical severity but not A beta deposition staging. The total number of spinophilin-immunoreactive puncta in CA I field and area 9 were significantly related to MMSE scores and predicted 23.5 and 61.9% of its variability. The relationship between total number of spinophilin-immunoreactive puncta in CA I field and MMSE scores did not persist when adjusting for Braak NFT staging. In contrast, the total number of spinophilin-immunoreactive puncta in area 9 was still significantly related to the cognitive outcome explaining an extra 9.6% of MMSE and 25.6% of the Clinical Dementia Rating scores variability. Our data suggest that neocortical dendritic spine loss is an independent parameter to consider in AD clinicopathologic correlations.

Anti-60-kDa heat shock protein antibodies in fetal serum: a biomarker for unexplained small for gestational age fetuses.

Introduction: Small for gestational age (SGA) is an important problem affecting 10% of pregnancies and is associated with significant perinatal morbidity. In about 80% of cases, a probable etiology or a major risk factor can be identified. But almost 20% of SGA cases are considered unexplained. The 60-kDa heat shock protein (HSP60) is a highly immunogenic protein whose synthesis is greatly upregulated under nonphysiological conditions. Bacterial and human HSP60 share a high degree of sequence homology, and immunity to conserved epitopes may result in development of autoimmunity following a bacterial infection. We hypothesized that unexplained SGA could be the consequence of immune sensitization to human HSP60. Methods: Unexplained SGA fetuses were identified by ultrasound biometry with normal Doppler velocimetry and with no detectable maternal or fetal abnormalities. Fetal sera were obtained by cordocentesis performed for a karyotype analysis in cases of unexplained SGA (study group) or for screening of Rhesus incompatibility (control group). Fetal sera were tested for HSP60 antigen and for IgG and IgM anti-HSP60 by ELISA as well as for other immune and hematological parameters. Results: Maternal parameters were similar between the 12 study cases and the 23 control cases. The mean gestational age at cordocentesis was 29 weeks. IgM anti-HSP60 was detected in 12 cases (100%) and in no controls (p < 0.00017), while IgG anti-HSP60 was detected in 7 cases (58%) and only 1 control (p < 0.001). Three of the 4 cases with the highest IgM antibody levels died. There were no differences in fetal serum levels of HSP60 antigen or other immune and hematological markers between the two groups. Conclusion: Fetuses with unexplained SGA are positive for IgM and IgG antibody to human HSP60 and the specific IgM antibody level is predictive of fetal mortality. Detection of these antibodies indicates that a placental perturbation and a fetal autoimmune reaction to HSP60 are associated with this developmental delay.

The thalamocortical projection systems in primate: an anatomical support for multisensory and sensorimotor interplay.

Multisensory and sensorimotor integrations are usually considered to occur in superior colliculus and cerebral cortex, but few studies proposed the thalamus as being involved in these integrative processes. We investigated whether the organization of the thalamocortical (TC) systems for different modalities partly overlap, representing an anatomical support for multisensory and sensorimotor interplay in thalamus. In 2 macaque monkeys, 6 neuroanatomical tracers were injected in the rostral and caudal auditory cortex, posterior parietal cortex (PE/PEa in area 5), and dorsal and ventral premotor cortical areas (PMd, PMv), demonstrating the existence of overlapping territories of thalamic projections to areas of different modalities (sensory and motor). TC projections, distinct from the ones arising from specific unimodal sensory nuclei, were observed from motor thalamus to PE/PEa or auditory cortex and from sensory thalamus to PMd/PMv. The central lateral nucleus and the mediodorsal nucleus project to all injected areas, but the most significant overlap across modalities was found in the medial pulvinar nucleus. The present results demonstrate the presence of thalamic territories integrating different sensory modalities with motor attributes. Based on the divergent/convergent pattern of TC and corticothalamic projections, 4 distinct mechanisms of multisensory and sensorimotor interplay are proposed.

Antirotavirus immunoglobulin A neutralizes virus in vitro after transcytosis through epithelial cells and protects infant mice from diarrhea.

Rotaviruses are the major cause of severe diarrhea in infants and young children worldwide. Due to their restricted site of replication, i.e., mature enterocytes, local intestinal antibodies have been proposed to play a major role in protective immunity. Whether secretory immunoglobulin A (IgA) antibodies alone can provide protection against rotavirus diarrhea has not been fully established. To address this question, a library of IgA monoclonal antibodies (MAbs) previously developed against different proteins of rhesus rotavirus was used. A murine hybridoma "backpack tumor" model was established to examine if a single MAb secreted onto mucosal surfaces via the normal epithelial transport pathway was capable of protecting mice against diarrhea upon oral challenge with rotavirus. Of several IgA and IgG MAbs directed against VP8 and VP6 of rotavirus, only IgA VP8 MAbs (four of four) were found to protect newborn mice from diarrhea. An IgG MAb recognizing the same epitope as one of the IgA MAbs tested failed to protect mice from diarrhea. We also investigated if antibodies could be transcytosed in a biologically active form from the basolateral domain to the apical domain through filter-grown Madin-Darby canine kidney (MDCK) cells expressing the polymeric immunoglobulin receptor. Only IgA antibodies with VP8 specificity (four of four) neutralized apically administered virus. The results support the hypothesis that secretory IgA antibodies play a major role in preventing rotavirus diarrhea. Furthermore, the results show that the in vivo and in vitro methods described are useful tools for exploring the mechanisms of viral mucosal immunity.

Preclinical evaluation of the immunogenicity of C-type HIV-1-based DNA and NYVAC vaccines in the Balb/C mouse model.

As part of a European initiative (EuroVacc), we report the design, construction, and immunogenicity of two HIV-1 vaccine candidates based on a clade C virus strain (CN54) representing the current major epidemic in Asia and parts of Africa. Open reading frames encoding an artificial 160-kDa GagPolNef (GPN) polyprotein and the external glycoprotein gp120 were fully RNA and codon optimized. A DNA vaccine (DNA-GPN and DNA-gp120, referred to as DNA-C), and a replication-deficient vaccinia virus encoding both reading frames (NYVAC-C), were assessed regarding immunogenicity in Balb/C mice. The intramuscular administration of both plasmid DNA constructs, followed by two booster DNA immunizations, induced substantial T-cell responses against both antigens as well as Env-specific antibodies. Whereas low doses of NYVAC-C failed to induce specific CTL or antibodies, high doses generated cellular as well as humoral immune responses, but these did not reach the levels seen following DNA vaccination. The most potent immune responses were detectable using prime:boost protocols, regardless of whether DNA-C or NYVAC-C was used as the priming or boosting agent. These preclinical findings revealed the immunogenic response triggered by DNA-C and its enhancement by combining it with NYVAC-C, thus complementing the macaque preclinical and human phase I clinical studies of EuroVacc.

The evolution of alternative splicing patterns and regulatory mechanisms

Alternative splicing produces multiple isoforms from the same gene, thus increasing the number of transcripts of the species. Alternative splicing is a virtually ubiquitous mechanism in eukaryotes, for example more than 90% of protein-coding genes in human are alternatively spliced. Recent evolutionary studies showed that alternative splicing is a fast evolving and highly species- specific mechanism. The rapid evolution of alternative splicing was considered as a contribution to the phenotypic diversity between species. However, the function of many isoforms produced by alternative splicing remains unclear and they might be the result of noisy splicing. Thus, the functional relevance of alternative splicing and the evolutionary mechanisms of its rapid divergence among species are still poorly understood. During my thesis, I performed a large-scale analysis of the regulatory mechanisms that drive the rapid evolution of alternative splicing. To study the evolution of alternative splicing regulatory mechanisms, I used an extensive RNA-sequencing dataset comprising 12 tetrapod species (human, chimpanzee and bonobo, gorilla, orangutan, macaque, marmoset, mouse, opossum, platypus, chicken and frog) and 8 tissues (cerebellum, brain, heart, kidney, liver, testis, placenta and ovary). To identify the catalogue of alternative splicing eis-acting regulatory elements in the different tetrapod species, I used a previously defined computational approach. This approach is a statistical analysis of exons/introns and splice sites composition and relies on a principle of compensation between splice sites strength and the presence of additional regulators. With an evolutionary comparative analysis of the exonic eis-acting regulators, I showed that these regulatory elements are generally shared among primates and more conserved than non-regulatory elements. In addition, I showed that the usage of these regulatory elements is also more conserved than expected by chance. In addition to the identification of species- specific eis-acting regulators, these results may explain the rapid evolution of alternative splicing. I also developed a new approach based on evolutionary sequence changes and corresponding alternative splicing changes to identify potential splicing eis-acting regulators in primates. The identification of lineage-specific substitutions and corresponding lineage-specific alternative splicing changes, allowed me to annotate the genomic sequences that might have played a role in the alternative splicing pattern differences among primates. Finally, I showed that the identified splicing eis-acting regulator datasets are enriched in human disease-causing mutations, thus confirming their biological relevance.

Head-to-Head Comparison of Poxvirus NYVAC and ALVAC Vectors Expressing Identical HIV-1 Clade C Immunogens in Prime-Boost Combination with Env Protein in Nonhuman Primates.

UNLABELLED: We compared the HIV-1-specific cellular and humoral immune responses elicited in rhesus macaques immunized with two poxvirus vectors (NYVAC and ALVAC) expressing the same HIV-1 antigens from clade C, Env gp140 as a trimeric cell-released protein and a Gag-Pol-Nef polyprotein as Gag-induced virus-like particles (VLPs) (referred to as NYVAC-C and ALVAC-C). The immunization protocol consisted of two doses of the corresponding poxvirus vector plus two doses of a combination of the poxvirus vector and a purified HIV-1 gp120 protein from clade C. This immunogenicity profile was also compared to that elicited by vaccine regimens consisting of two doses of the ALVAC vector expressing HIV-1 antigens from clades B/E (ALVAC-vCP1521) plus two doses of a combination of ALVAC-vCP1521 and HIV-1 gp120 protein from clades B/E (similar to the RV144 trial regimen) or clade C. The results showed that immunization of macaques with NYVAC-C stimulated at different times more potent HIV-1-specific CD4(+) T-cell responses and induced a trend toward higher-magnitude HIV-1-specific CD8(+) T-cell immune responses than did ALVAC-C. Furthermore, NYVAC-C induced a trend toward higher levels of binding IgG antibodies against clade C HIV-1 gp140, gp120, or murine leukemia virus (MuLV) gp70-scaffolded V1/V2 and toward best cross-clade-binding IgG responses against HIV-1 gp140 from clades A, B, and group M consensus, than did ALVAC-C. Of the linear binding IgG responses, most were directed against the V3 loop in all immunization groups. Additionally, NYVAC-C and ALVAC-C also induced similar levels of HIV-1-neutralizing antibodies and antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC) responses. Interestingly, binding IgA antibody levels against HIV-1 gp120 or MuLV gp70-scaffolded V1/V2 were absent or very low in all immunization groups. Overall, these results provide a comprehensive survey of the immunogenicity of NYVAC versus ALVAC expressing HIV-1 antigens in nonhuman primates and indicate that NYVAC may represent an alternative candidate to ALVAC in the development of a future HIV-1 vaccine. IMPORTANCE: The finding of a safe and effective HIV/AIDS vaccine immunogen is one of the main research priorities. Here, we generated two poxvirus-based HIV vaccine candidates (NYVAC and ALVAC vectors) expressing the same clade C HIV-1 antigens in separate vectors, and we analyzed in nonhuman primates their immunogenicity profiles. The results showed that immunization with NYVAC-C induced a trend toward higher HIV-1-specific cellular and humoral immune responses than did ALVAC-C, indicating that this new NYVAC vector could be a novel optimized HIV/AIDS vaccine candidate for human clinical trials.

Functional impact of genetic variation on gene expression

Numerous links between genetic variants and phenotypes are known and genome-wide association studies dramatically increased the number of genetic variants associated with traits during the last decade. However, how changes in the DNA perturb the molecular mechanisms and impact on the phenotype of an organism remains elusive. Studies suggest that many traitassociated variants are in the non-coding region of the genome and probably act through regulation of gene expression. During my thesis I investigated how genetic variants affect gene expression through gene regulatory mechanisms. The first chapter was a collaborative project with a pharmaceutical company, where we investigated genome-wide copy number variation (CNVs) among Cynomolgus monkeys (Macaca fascicularis) used in pharmaceutical studies, and associated them to changes in gene expression. We found substantial copy number variation and identified CNVs linked to tissue-specific expression changes of proximal genes. The second and third chapters focus on genetic variation in humans and its effects on gene regulatory mechanisms and gene expression. The second chapter studies two human trios, where the allelic effects of genetic variation on genome-wide gene expression, protein-DNA binding and chromatin modifications were investigated. We found abundant allele specific activity across all measured molecular phenotypes and show extended coordinated behavior among them. In the third chapter, we investigated the impact of genetic variation on these phenotypes in 47 unrelated individuals. We found that chromatin phenotypes are organized into local variable modules, often linked to genetic variation and gene expression. Our results suggest that chromatin variation emerges as a result of perturbations of cis-regulatory elements by genetic variants, leading to gene expression changes. The work of this thesis provides novel insights into how genetic variation impacts gene expression by perturbing regulatory mechanisms. -- De nombreux liens entre variations génétiques et phénotypes sont connus. Les études d'association pangénomique ont considérablement permis d'augmenter le nombre de variations génétiques associées à des phénotypes au cours de la dernière décennie. Cependant, comprendre comment ces changements perturbent les mécanismes moléculaires et affectent le phénotype d'un organisme nous échappe encore. Des études suggèrent que de nombreuses variations, associées à des phénotypes, sont situées dans les régions non codantes du génome et sont susceptibles d'agir en modifiant la régulation d'expression des gènes. Au cours de ma thèse, j'ai étudié comment les variations génétiques affectent les niveaux d'expression des gènes en perturbant les mécanismes de régulation de leur expression. Le travail présenté dans le premier chapitre est un projet en collaboration avec une société pharmaceutique. Nous avons étudié les variations en nombre de copies (CNV) présentes chez le macaque crabier (Macaca fascicularis) qui est utilisé dans les études pharmaceutiques, et nous les avons associées avec des changements d'expression des gènes. Nous avons découvert qu'il existe une variabilité substantielle du nombre de copies et nous avons identifié des CNVs liées aux changements d'expression des gènes situés dans leur voisinage. Ces associations sont présentes ou absentes de manière spécifique dans certains tissus. Les deuxième et troisième chapitres se concentrent sur les variations génétiques dans les populations humaines et leurs effets sur les mécanismes de régulation des gènes et leur expression. Le premier se penche sur deux trios humains, père, mère, enfant, au sein duquel nous avons étudié les effets alléliques des variations génétiques sur l'expression des gènes, les liaisons protéine-ADN et les modifications de la chromatine. Nous avons découvert que l'activité spécifique des allèles est abondante abonde dans tous ces phénotypes moléculaires et nous avons démontré que ces derniers ont un comportement coordonné entre eux. Dans le second, nous avons examiné l'impact des variations génétiques de ces phénotypes moléculaires chez 47 individus, sans lien de parenté. Nous avons observé que les phénotypes de la chromatine sont organisés en modules locaux, qui sont liés aux variations génétiques et à l'expression des gènes. Nos résultats suggèrent que la variabilité de la chromatine est due à des variations génétiques qui perturbent des éléments cis-régulateurs, et peut conduire à des changements dans l'expression des gènes. Le travail présenté dans cette thèse fournit de nouvelles pistes pour comprendre l'impact des différentes variations génétiques sur l'expression des gènes à travers les mécanismes de régulation.

A human immune data-informed vaccine concept elicits strong and broad T-cell specificities associated with HIV-1 control in mice and macaques

Background: None of the HIV T-cell vaccine candidates that have reached advanced clinical testing have been able to induce protective T cell immunity. A major reason for these failures may have been suboptimal T cell immunogen designs. Methods: To overcome this problem, we used a novel immunogen design approach that is based on functional T cell response data from more than 1,000 HIV-1 clade B and C infected individuals and which aims to direct the T cell response to the most vulnerable sites of HIV-1. Results: Our approach identified 16 regions in Gag, Pol, Vif and Nef that were relatively conserved and predominantly targeted by individuals with reduced viral loads. These regions formed the basis of the HIVACAT T-cell Immunogen (HTI) sequence which is 529 amino acids in length, includes more than 50 optimally defined CD4+ and CD8+ T-cell epitopes restricted by a wide range of HLA class I and II molecules and covers viral sites where mutations led to a dramatic reduction in viral replicative fitness. In both, C57BL/6 mice and Indian rhesus macaques immunized with an HTI-expressing DNA plasmid (DNA.HTI) induced broad and balanced T-cell responses to several segments within Gag, Pol, and Vif. DNA.HTI induced robust CD4+ and CD8+ T cell responses that were increased by a booster vaccination using modified virus Ankara (MVA.HTI), expanding the DNA.HTI induced response to up to 3.2% IFN-γ T-cells in macaques. HTI-specific T cells showed a central and effector memory phenotype with a significant fraction of the IFN-γ+ CD8+ T cells being Granzyme B+ and able to degranulate (CD107a+). Conclusions: These data demonstrate the immunogenicity of a novel HIV-1 T cell vaccine concept that induced broadly balanced responses to vulnerable sites of HIV-1 while avoiding the induction of responses to potential decoy targets that may divert effective T-cell responses towards variable and less protective viral determinants.

Risk factors for alloimmunization by patients with sickle cell disease

Blood transfusion in patients with sickle cell disease (SCD) is limited by the development of alloantibodies to erythrocytes. In the present study, the frequency and risk factors for alloimmunization were determined. Transfusion records and medical charts of 828 SCD patients who had been transfused and followed at the Belo Horizonte Blood Center, Belo Horizonte, MG, Brazil, were retrospectively reviewed. Alloimmunization frequency was 9.9% (95% CI: 7.9 to 11.9%) and 125 alloantibodies were detected, 79% of which belonged to the Rhesus and Kell systems. Female patients developed alloimmunization more frequently (P = 0.03). The median age of the alloimmunized group was 23.3 years, compared to 14.6 years for the non-alloimmunized group (P < 0.0001). Multivariate analyses were applied to the data for 608 hemoglobin (Hb) SS or SC patients whose number of transfusions was recorded accurately. Number of transfusions (P = 0.00006), older age (P = 0.056) and Hb SC (P = 0.02) showed independent statistical associations with alloimmunization. Hb SC patients older than 14 years faced a 2.8-fold higher (95% CI: 1.3 to 6.0) risk of alloimmunization than Hb SS patients. Female Hb SC patients had the highest risk of developing alloantibodies. In patients younger than 14 years, only the number of transfusions was significant. We conclude that an increased risk of alloimmunization was associated with older patients with Hb SC, specially females, even after adjustments were made for the number of transfusions received, the most significant variable.

Développement et fonctionnement des mécanismes de résonance motrice chez l'humain

La découverte dans le cerveau du singe macaque de cellules visuo-motrices qui répondent de façon identique à la production et la perception d’actes moteurs soutient l’idée que ces cellules, connues sous le nom de neurones-miroirs, encoderaient la représentation d’actes moteurs. Ces neurones, et le système qu’ils forment, constitueraient un système de compréhension moteur; par delà la simple représentation motrice, il est également possible que ce système participe à des processus de haut niveau en lien avec la cognition sociale. Chez l’humain adulte, des études d’imagerie récentes montrent d’importants chevauchements entre les patrons d’activité liés à l’exécution d’actes moteurs et ceux associés à la perception d’actions. Cependant, malgré le nombre important d’études sur ce système de résonance motrice, étonnamment peu se sont penchées sur les aspects développementaux de ce mécanisme, de même que sa relation avec certaines habiletés sociales dans la population neurotypique. De plus, malgré l’utilisation répandue de certaines techniques neurophysiologiques pour quantifier l’activité de ce système, notamment l’électroencéphalographie et la stimulation magnétique transcrânienne, on ignore en grande partie la spécificité et la convergence de ces mesures dans l’étude des processus de résonance motrice. Les études rassemblées ici visent à combler ces lacunes, c'est-à-dire (1) définir l’existence et les propriétés fonctionnelles du système de résonance motrice chez l’enfant humain, (2) établir le lien entre ce système et certaines habiletés sociales spécifiques et (3) déterminer la validité des outils d’investigation couramment utilisés pour mesurer son activité. Dans l’article 1, l’électroencéphalographie quantitative est utilisée afin de mesurer l’activité des régions sensorimotrices chez un groupe d’enfants d’âge scolaire durant la perception d’actions de la main. On y démontre une modulation de l’activité du rythme mu aux sites centraux non seulement lors de l’exécution de tâches motrices, mais également lors de l’observation passive d’actions. Ces résultats soutiennent l’hypothèse de l’existence d’un système de résonance motrice sensible aux représentations visuelles d’actes moteurs dans le cerveau immature. L’article 2 constitue une étude de cas réalisée chez une jeune fille de 12 ans opérée pour épilepsie réfractaire aux médicaments. L’électroencéphalographie intracrânienne est utilisée afin d’évaluer le recrutement du cortex moteur lors de la perception de sons d’actions. On y montre une modulation de l’activité du cortex moteur, visible dans deux périodes distinctes, qui se reflètent par une diminution de la puissance spectrale des fréquences beta et alpha. Ces résultats soutiennent l’hypothèse de l’existence d’un système de résonance motrice sensible aux représentations auditives d’actions chez l’enfant. L’article 3 constitue une recension des écrits portant sur les données comportementales et neurophysiologiques qui suggèrent la présence d’un système de compréhension d’action fonctionnel dès la naissance. On y propose un modèle théorique où les comportements d’imitation néonataux sont vus comme la résultante de mécanismes d’appariement moteurs non inhibés. Afin de mesurer adéquatement la présence de traits empathiques et autistique dans le but de les mettre en relation avec l’activité du système de résonance motrice, l’article 4 consiste en une validation de versions françaises des échelles Empathy Quotient (Baron-Cohen & Wheelwright, 2004) et Autism Spectrum Quotient (Baron-Cohen et al., 2001) qui seront utilisées dans l’article 5. Les versions traduites de ces échelles ont été administrées à 100 individus sains et 23 personnes avec un trouble du spectre autistique. Les résultats répliquent fidèlement ceux obtenus avec les questionnaires en version anglaise, ce qui suggère la validité des versions françaises. Dans l’article 5, on utilise la stimulation magnétique transcrânienne afin d’investiguer le décours temporel de l’activité du cortex moteur durant la perception d’action et le lien de cette activité avec la présence de traits autistiques et empathiques chez des individus normaux. On y montre que le cortex moteur est rapidement activé suivant la perception d’un mouvement moteur, et que cette activité est corrélée avec les mesures sociocognitives utilisées. Ces résultats suggèrent l’existence d’un système d’appariement moteur rapide dans le cerveau humain dont l’activité est associée aux aptitudes sociales. L’article 6 porte sur la spécificité des outils d’investigation neurophysiologique utilisés dans les études précédentes : la stimulation magnétique transcrânienne et l’électroencéphalographie quantitative. En utilisant ces deux techniques simultanément lors d’observation, d’imagination et d’exécution d’actions, on montre qu’elles évaluent possiblement des processus distincts au sein du système de résonance motrice. En résumé, cette thèse vise à documenter l’existence d’un système de résonance motrice chez l’enfant, d’établir le lien entre son fonctionnement et certaines aptitudes sociales et d’évaluer la validité et la spécificité des outils utilisés pour mesurer l’activité au sein de ce système. Bien que des recherches subséquentes s’avèrent nécessaires afin de compléter le travail entamé ici, les études présentées constituent une avancée significative dans la compréhension du développement et du fonctionnement du système de résonance motrice, et pourraient éventuellement contribuer à l’élaboration d’outils diagnostiques et/ou de thérapeutiques chez des populations où des anomalies de ce système ont été répertoriées.

Perception de la vitesse : les bases psychophysiques et neuronales

David Katz a fait l’observation que le mouvement entre la peau et l’objet est aussi important pour le sens du toucher que la lumière l’est pour la vision. Un stimulus tactile déplacé sur la peau active toutes les afférences cutanées. Les signaux résultants sont très complexes, covariant avec différents facteurs dont la vitesse, mais aussi la texture, la forme et la force. Cette thèse explore la capacité des humains à estimer la vitesse et la rugosité de surfaces en mouvements. Les bases neuronales de la vitesse tactile sont aussi étudiées en effectuant des enregistrements unitaires dans le cortex somatosensoriel primaire (S1) du singe éveillé. Dans la première expérience, nous avons montré que les sujets peuvent estimer la vitesse tactile (gamme de vitesses, 30 à 105 mm/s) de surfaces déplacées sous le doigt, et ceci sans indice de durée. Mais la structure des surfaces était essentielle (difficulté à estimer la vitesse d’une surface lisse). Les caractéristiques physiques des surfaces avaient une influence sur l’intensité subjective de la vitesse. La surface plus rugueuse (8 mm d’espacement entre les points en relief) semblait se déplacer 15% plus lentement que les surfaces moins rugueuses (de 2 et 3 mm d’espacement), pour les surfaces périodiques et non périodiques (rangées de points vs disposition aléatoire). L’effet de la texture sur la vitesse peut être réduit en un continuum monotonique quand les estimés sont normalisés avec l’espacement et présentés en fonction de la fréquence temporelle (vitesse/espacement). L'absence de changement des estimés de vitesse entre les surfaces périodiques et non périodiques suggère que les estimés de rugosité devraient aussi être indépendants de la disposition des points. Dans la deuxième expérience, et tel que prévu, une équivalence perceptuelle entre les deux séries de surfaces est obtenue quand les estimés de la rugosité sont exprimés en fonction de l'espacement moyen entre les points en relief, dans le sens de l'exploration. La troisième expérience consistait à rechercher des neurones du S1 qui pourraient expliquer l’intensité subjective de la vitesse tactile. L’hypothèse est que les neurones impliqués devraient être sensibles à la vitesse tactile (40 à 105 mm/s) et à l’espacement des points (2 à 8 mm) mais être indépendants de leur disposition (périodique vs non périodique). De plus, il est attendu que la fonction neurométrique (fréquence de décharge/espacement en fonction de la fréquence temporelle) montre une augmentation monotonique. Une grande proportion des cellules était sensible à la vitesse (76/119), et 82% d’entres elles étaient aussi sensibles à la texture. La sensibilité à la vitesse a été observée dans les trois aires du S1 (3b, 1 et 2). La grande majorité de cellules sensibles à la vitesse, 94%, avait une relation monotonique entre leur décharge et la fréquence temporelle, tel qu’attendu, et ce surtout dans les aires 1 et 2. Ces neurones pourraient donc expliquer la capacité des sujets à estimer la vitesse tactile de surfaces texturées.

Localization and function of the endocannabinoid system throughout the retinogeniculate pathway of vervet monkeys

Le système endocannabinoïde (eCB) est présent dans le système nerveux central (SNC) de mammifères, incluant la rétine, et est responsable de la régulation de nombreux processus physiologiques. Bien que la présence du récepteur cannabinoïde de type 1 (CB1R) a bien été documenté dans la rétine de rongeurs et primates, il y a encore une controverse quant à la présence du récepteur cannabinoïde de type 2 (CB2R) au niveau du SNC. En utilisant la microscopie confocale, nous sommes les premiers à signaler les patrons d’expression du CB2R dans la rétine de singe. Nos résultats démontrent que le CB2R est exprimé exclusivement dans les cellules de Müller de la rétine du singe. En outre, nous avons comparé les différents patrons d’expression du système eCB dans la rétine de la souris, du toupaye, ainsi que du singe vervet et macaque. Nous rapportons que les distributions de CB1R, FAAH (fatty acid amid hydrolase), MAGL (monoacylglycerol lipase) et DAGLα (diacylglycerol lipase alpha) sont hautement conservées parmi ces espèces alors que CB2R et NAPE-PLD (N-acyl phosphatidylethanolamine phospholipase D) présentent différents profils d'expression. CB2R n'a pas été détecté dans les cellules neuronales de la rétine des primates. L’immunoréactivité de NAPE-PLD est présente dans les couches de la rétine de souris et toupayes, mais a été limitée à la couche des photorécepteurs des singes vervet et macaque. Pour étudier les corrélats neuronaux et le rôle de la signalisation du système eCB dans la rétine, nous avons établi un protocole standard pour l'électrorétinographie (ERG), puis enregistré la réponse ERG de la rétine après le blocage des récepteurs avec des antagonistes spécifiques pour CB1R (AM251) et CB2R (AM630). Comparé au témoin, dans des conditions photopiques, et à certaines intensités faibles du stimulus, le blocage de CB1R diminue l'amplitude de l'onde-b, alors qu’à des intensités plus élevées, le blocage de CB2R augmente l'amplitude des deux-ondes a et b. De plus, le blocage des récepteurs cannabinoïdes provoque une augmentation de la latence des deux ondes a et b. Dans des conditions d’adaptation à l'obscurité, le blocage de CB1R et CB2R réduit l’amplitudes de l'onde a seulement à des intensités plus élevées et réduit l’onde b à intensités plus faibles. Des augmentations significatives de latence ont été observées dans les deux cas. Ces résultats indiquent que les récepteurs CB1 et CB2 chez les primates non humains sont impliqués dans la fonction rétinienne conditions photopiques. En outre, nous avons évalué le profil d'expression du CB1R, de FAAH et de NAPE-PLD au-delà de la rétine dans le corps géniculé latéral des singes et nous rapportons pour la première fois que CB1R et FAAH sont exprimés davantage dans les couches magnocellulaires. La NAPE-PLD a été localisée à travers les couches magno- et parvocellulaires. Aucune de ces composantes n’est exprimée dans les couches koniocellulaires. Ces résultats nous aident à mieux comprendre les effets des cannabinoïdes sur le système visuel qui pourraient nous mener à trouver éventuellement de nouvelles cibles thérapeutiques.

A Detailed Look at Scale and Translation Invariance in a Hierarchical Neural Model of Visual Object Recognition

The HMAX model has recently been proposed by Riesenhuber & Poggio as a hierarchical model of position- and size-invariant object recognition in visual cortex. It has also turned out to model successfully a number of other properties of the ventral visual stream (the visual pathway thought to be crucial for object recognition in cortex), and particularly of (view-tuned) neurons in macaque inferotemporal cortex, the brain area at the top of the ventral stream. The original modeling study only used ``paperclip'' stimuli, as in the corresponding physiology experiment, and did not explore systematically how model units' invariance properties depended on model parameters. In this study, we aimed at a deeper understanding of the inner workings of HMAX and its performance for various parameter settings and ``natural'' stimulus classes. We examined HMAX responses for different stimulus sizes and positions systematically and found a dependence of model units' responses on stimulus position for which a quantitative description is offered. Interestingly, we find that scale invariance properties of hierarchical neural models are not independent of stimulus class, as opposed to translation invariance, even though both are affine transformations within the image plane.

Modeling Invariances in Inferotemporal Cell Tuning

In macaque inferotemporal cortex (IT), neurons have been found to respond selectively to complex shapes while showing broad tuning ("invariance") with respect to stimulus transformations such as translation and scale changes and a limited tuning to rotation in depth. Training monkeys with novel, paperclip-like objects, Logothetis et al. could investigate whether these invariance properties are due to experience with exhaustively many transformed instances of an object or if there are mechanisms that allow the cells to show response invariance also to previously unseen instances of that object. They found object-selective cells in anterior IT which exhibited limited invariance to various transformations after training with single object views. While previous models accounted for the tuning of the cells for rotations in depth and for their selectivity to a specific object relative to a population of distractor objects, the model described here attempts to explain in a biologically plausible way the additional properties of translation and size invariance. Using the same stimuli as in the experiment, we find that model IT neurons exhibit invariance properties which closely parallel those of real neurons. Simulations show that the model is capable of unsupervised learning of view-tuned neurons. The model also allows to make experimentally testable predictions regarding novel stimulus transformations and combinations of stimuli.