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.

Rôles physiologiques du transporteur vésiculaire du glutamate VGLUT2 dans les neurones dopaminergiques

Des travaux récents démontrent que certains neurones dopaminergiques du mésencéphale ont la capacité de libérer du glutamate en plus de la dopamine (DA). Ce phénomène de « co-transmission » requiert l’expression du transporteur vésiculaire du glutamate de type 2 (VGLUT2) dans les neurones dopaminergiques. Certaines observations montrent que l’expression de VGLUT2 dans les neurones dopaminergiques survient tôt durant leur développement et est essentiellement limitée aux neurones de l’aire tegmentaire ventrale (VTA). De plus, cette libération de glutamate se retrouve principalement au niveau des terminaisons de ces neurones dans le striatum ventral, mais pas dans le striatum dorsal. Ces données suggèrent d’une part un rôle développemental possible du glutamate dans les neurones dopaminergiques, et d’autre part, que les signaux dérivés des neurones cibles puissent réguler le double phénotype des neurones dopaminergiques menant ainsi à une plasticité phénotypique. Par ailleurs, il est toujours inconnu si cette libération de glutamate se fait à partir des terminaisons qui relâchent la DA ou à partir de terminaisons axonales distinctes. De plus, le rôle physiologique de ce surprenant phénomène de co-transmission reste également inconnu. Ainsi, dans cette étude, nous avons d’abord démontré in vitro et in vivo que l’expression de VGLUT2 est nécessaire pour la survie et la croissance d’une sous-population de neurones dopaminergiques. En utilisant une lignée de souris ayant une délétion génique spécifique de VGLUT2 dans les neurones dopaminergiques, nous avons observé une diminution du nombre de terminaisons dopaminergiques et glutamatergiques dans le striatum, une baisse de libération de DA dans le striatum ventral, une diminution de la coordination motrice ainsi qu’une diminution de l’activité locomotrice induite par les drogues d’abus. D’autre part, nous avons démontré in vitro et in vivo que les neurones dopaminergiques au double phénotype établissent des terminaisons distinctes afin de relâcher le glutamate et la DA. De plus, nous démontrons que ce phénomène de ségrégation des sites de libération semble être induit par une interaction avec les neurones du striatum ventral. Ces travaux démontrent le rôle physiologique déterminant de la co-transmission DA-glutamate pour l’homéostasie du système DAergique et dévoile une caractéristique fondamentale de l’établissement des terminaisons axonales de ces neurones. Ces travaux permettent ainsi de mieux comprendre les rôles physiologiques de la co-libération de glutamate par les neurones du système nerveux central et présentent une nouvelle perspective sur les dysfonctions potentielles de ces neurones dans les maladies du cerveau.

Effect of L-Prolyl-L-Leucyl-Glycinamide (PLG) on Neuroleptic-Induced Catalepsy and Dopamine/Neuroleptic Receptor Bindings

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Consequences of Decreased Brain Serotonin in the Pyridoxine Deficient Young Rat

The concentrations of serotonin in various brain areas were significantly decreased in the pyridoxine-deficient young rat. 2. There was no change in the concentration of dopamine. 3. Both Bmax and Kid of [3H]serotonin binding to membrane preparations from cerebral cortex were increased in deficiency and were restored to normal upon pyridoxine supplementation. 4. There was no change in [3H]spiroperidol binding to corpus striatal membrane preparations in pyridoxine-deficient rats.

Effect of Pyridoxine Deficiency in Young-Rats on High-Affinity Serotonin and Dopamine Receptors

The high-affinity bindings of [3H]-5-hydroxytryptamine to serotonin S-1 receptors, [3H]-ketanserin to serotonin S-2 receptors in the cerebral cortex, [3H]- fluphenazine to dopamine D-1 receptors, and [3H]-spiroperidol to dopamine D-2 receptors in the corpus striatum were studied in pyridoxine-deficient rats and compared to pyridoxine-supplemented controls. There was a significant increase in the maximal binding (Bmax) of serotonin S-1 and S-2 receptors with a significant decrease in their binding affinities (Kd). However, there were no significant changes either in the maximal binding or binding affinity of striatal dopamine D- 1 and D-2 receptors. Receptor sensitivity seems to correlate negatively with the corresponding neurotransmitter concentrations in the pyridoxine-deficient rats.

Age-related and sex-related alterations in f3-adrenergic receptors in different regions of rat brain

The binding of (-)[ 3H ]dihydroalprenolol , an antagonist of norepinephrine , to $-adrenergic receptors in different regions of the brain of male and female rats of various ages was measured . The binding to the synaptosomal fraction of corpus striatum , hypothalamus, cerebral cortex, cerebellum and the brainstems shows a significant decrease in the binding in old rats of both sexes . Only in the female corpus striatal region, the binding in the adult and the old is the same . In the case of females, the highest binding is seen in the young. In the male, an increase in binding occurs up to adulthood , after which it declines, suggesting a definite sex-related difference in the Q-adrenergic receptor.

Enhanced dopamine D2 receptor function in hypothalamus and corpus striatum: their role in liver, plasma and in vitro hepatocyte ALDH regulation in ethahol treated rats

Dopamine D2 receptors are involved in ethanol self- administration behavior and also suggested to mediate the onset and offset of ethanol drinking. In the present study, we investigated dopamine (DA) content and Dopamine D2 (DA D2) receptors in the hypothalamus and corpus striatum of ethanol treated rats and aldehyde dehydrogenase (ALDH) activity in the liver and plasma of ethanol treated rats and in vitro hepatocyte cultures. Hypothalamic and corpus striatal DA content decreased significantly (P\0.05, P\0.001 respectively) and homovanillic acid/ dopamine (HVA/DA) ratio increased significantly (P\0.001) in ethanol treated rats when compared to control. Scatchard analysis of [3H] YM-09151-2 binding to DA D2 receptors in hypothalamus showed a significant increase (P\0.001) in Bmax without any change in Kd in ethanol treated rats compared to control. The Kd of DA D2 receptors significantly decreased (P\0.05) in the corpus striatum of ethanol treated rats when compared to control. DA D2 receptor affinity in the hypothalamus and corpus striatum of control and ethanol treated rats fitted to a single site model with unity as Hill slope value. The in vitro studies on hepatocyte cultures showed that 10-5 M and 10-7 M DA can reverse the increased ALDH activity in 10% ethanol treated cells to near control level. Sulpiride, an antagonist of DA D2, reversed the effect of dopamine on 10% ethanol induced ALDH activity in hepatocytes. Our results showed a decreased dopamine concentration with enhanced DA D2 receptors in the hypothalamus and corpus striatum of ethanol treated rats. Also, increased ALDH was observed in the plasma and liver of ethanol treated rats and in vitro hepatocyte cultures with 10% ethanol as a compensatory mechanism for increased aldehyde production due to increased dopamine metabolism. A decrease in dopamine concentration in major brain regions is coupled with an increase in ALDH activity in liver and plasma, which contributes to the tendency for alcoholism. Since the administration of 10-5 M and 10-7 M DA can reverse the increased ALDH activity in ethanol treated cells to near control level, this has therapeutic application to correct ethanol addicts from addiction due to allergic reaction observed in aldehyde accumulation.

Utilidad del [99m] Tc TRODAT-1 en el diagnóstico de la Enfermedad de Parkinson: revisión sistemática de la literatura

Propósito de la revisión: la enfermedad de Parkinson (EP) es un trastorno degenerativo caracterizado clínicamente por presentar temblor en reposo, rigidez y bradicinesia. El propósito es determinar la utilidad de la molécula TRODAT-1 en el diagnóstico de la EP. Metodología: se realizó una búsqueda en las bases de datos: PUBMED, COCHRANE, MEDLINE, LILACS y SCIELO en un período de 10 años desde enero de 1998 a enero de 2008. Se obtuvieron 26 artículos, estos se analizaron y se seleccionaron 10 artículos, de los cuales sólo 6 respondían a las necesidades del estudio, de acuerdo a los criterios de inclusión. De los 6 artículos analizados, 4 fueron clasificados como evidencia grado (+) y los 2 restantes evidencia grado (-) de acuerdo con las guías NICE. Todos los artículos revisados reportan una disminución importante en la captación del TRODAT-1 a nivel estriatal, su utilidad en el diagnóstico de EP en estadios tempranos, bajo costo y seguridad. Sólo tres reportan valores de sensibilidad y especificidad, pero su nivel de calidad no permite hacer una comparación de los mismos. Conclusiones: se propone realizar estudios de prueba diagnóstica comparados con el diagnóstico clínico de la enfermedad, que tengan un acuerdo en la forma de plantear las mediciones semicuantitativas de las unidades de captación utilizando las mismas fórmulas para hacerlos comparables.

Factores asociados al diagnóstico de intoxicación por metanol comparado con intoxicación por etanol

Se buscó identificar los factores diferenciales que durante el abordaje clínico probablemente estén asociados como predictores diagnósticos tempranos en pacientes con intoxicación por metanol con respecto a pacientes con intoxicación por etanol. Estudio analítico de casos y controles retrospectivos entre Enero/2005 y Agosto/2009 de pacientes admitidos en urgencias de la Fundación Santa Fe de Bogotá, Hospital Santa Clara E.S.E y Fundación Cardio-Infantil, considerados como casos confirmados de intoxicación por metanol y etanol en el sistema de Vigilancia Epidemiológica Nacional (SIVIGILA). Las variables comparadas que muestran fuerte asociación y significancia estadística (p<0,005)fueron: Traslado primario, presencia de síntomas similares a la intoxicación por metanol en acompañantes, epigastralgia, cefalea intensa, disminución de la agudeza visual, convulsiones, nistagmus, midriasis y la demostración a través de la TAC de cráneo simple de alteración en la diferenciación cortico-subcortical. Conclusiones: en los pacientes con intoxicación por alcohol metílico comparado con alcohol etílico en la ciudad de Bogotá que ingresan a los servicios de urgencias las características socio-demográficas, clínicas y paraclínicas pueden ser consideradas como posibles predictores relacionados a la intoxicación por metanol, lo cual ayuda en la identificación temprana de esta patología y la disminución de morbilidades importantes como las secuelas neurológicas y renales.

Utilidad de la electromiografía de esfínter anal en el diagnóstico diferencial de la atrofia multisistémica: una revisión de la literatura

La atrofia multisistémica (AMS) es una enfermedad degenerativa caracterizada por disautonomías y síntomas extrapiramidales. El diagnóstico diferencial con otros parkinsonismos es difícil, por lo cual se requiere una ayuda paraclínica para soportar el diagnóstico clínico. La degeneración del núcleo de Onuf, exclusiva en esta enfermedad, podría sugerir que la presencia de denervación en el esfínter anal podría ser tomada en cuenta como criterio diagnóstico de AMS. Se realizó una revisión sistemática con el fin de determinar la utilidad de la electromiografía de esfínter anal (EMG-EA) en el diagnóstico diferencial de AMS contra otros parkinsonismos. Se incluyeron 17 estudios que analizaron los resultados de EMG-EA en pacientes con AMS. De éstos, 11 de estudios fueron analíticos y compararon pacientes con AMS y otros parkinsonismos. Los 6 estudios restantes fueron descriptivos. La duración de los potenciales de unidad motora (PUM) es significativamente mayor en pacientes con AMS comparados con otros parkinsonismos, y utilizando un punto de corte > 13 ms muestra características operativas que hacen a este parámetro potencialmente útil. Solo un estudio encontró diferencias significativas en el porcentaje de PUM polifásicos, el cual tuvo una sensibilidad y especificidad clínicamente útil cuando el punto de corte es mayor a 60%. El resto de los estudios no reportan diferencias estadísticamente significativas entre parkinsonismos. La literatura disponible apunta a la potencial utilidad de la EMG-EA en el diagnóstico diferencial de la AMS de otros parkinsonismos; sin embargo es necesario conducir más estudios para solventar las limitaciones metodológicas existentes.

Corticosteroides vs dosis bajas de adrenocorticotropina en el tratamiento de espasmos infantiles. Revisión sistemática de la literatura

Antecedentes: El tratamiento de los espasmos infantiles generalmente se realiza con ACTH a pesar de perfil de efectos secundarios y el alto costo financiero. Se ha propuesto el uso de los corticoides como primera línea de tratamiento para la enfermedad, no obstante no existe certeza sobre la eficacia de este esquema. Objetivos: Evaluar la eficacia del uso de los corticoides comparados con la ACTH como primera línea de tratamiento en el manejo de pacientes con espasmos infantiles. Metodología: Se realizó una revisión sistemática de la literatura. La búsqueda se efectuó en las bases de datos Pubmed, Embase, Ovid, LiLaCs y en el registro de ensayos clínicos de Estados Unidos. Se incluyeron estudios en portugués, ingles y español, no se fijo límite de tiempo para la publicación. Se realizó un análisis de riesgo de sesgo y de calidad de la evidencia utilizando el programa GRADEPRO. Se estimaron OR y sus respectivos intervalos de confianza al 95%. Resultados: Se incluyeron 4 estudios, un ensayo clínico y tres estudios de cohorte retrospectiva. Dos estudios aportaron evidencia de calidad moderada y alta. No se encontraron diferencias en la eficacia a corto plazo entre el uso de los corticoides y la ACTH sobre desenlaces clínicos o electroencefalográficos. No se encontraron estudios de seguridad a largo plazo. La seguridad a corto plazo no mostró diferencias. Conclusiones: Es muy probable que el uso de los corticoides como primera línea de tratamiento puedan reemplazar el uso de la ACTH, se requiere estudios de seguridad a largo plazo. La decisión de su uso rutinario debería estar basada en un análisis de costo efectividad y bajo la mirada del balance riesgo/beneficio.

Soluciones hipertónicas en trauma craneoencefálico: revisión sistemática de la literatura

El traumatismo craneoencefálico, es la epidemia silenciosa de nuestra época, que genera gastos en salud, en países como Estados Unidos, cercanos a los 60 billones de dólares anuales, y cerca de 400 billones en rehabilitación de los discapacitados. El pilar del manejo médico del trauma craneoencefálico moderado o severo, es la osmoterapia, principalmente con sustancias como el manitol y las soluciones hipertónicas. Se realizó la revisión de 14 bases de datos, encontrando 4657754 artículos, quedando al final 40 artículos después de un análisis exhaustivo, que se relacionaban con el manejo de la hipertensión endocraneana y terapia osmótica. Resultados: Se compararon diferentes estudios, encontrando gran variabilidad estos, sin homogenización en los análisis estadísticos, y la poca rigurosidad no permitieron, la recolección de datos y la comparación entre los diferentes estudios, no permitió realizar el meta-análisis y por esto se decidió la realización de una revisión sistemática de la literatura. Se evidenció principalmente tres cosas: la primera es la poca rigurosidad con la que se realizan los estudios clínicos; la segunda, es que aún falta mucha más investigación principalmente, la presencia de estudios clínicos aleatorizados multicéntricos, que logren dar una sólida evidencia y que genere validez científica que se requiere, a pesar de la evidencia clara en la práctica clínica; la tercera es la seguridad para su uso, con poca presencia de complicaciones para las soluciones salinas hipertónicas.

Sex-dependent age modulation of frontostriatal and temporo-parietal activation during cognitive control

Developmental functional imaging studies of cognitive control show progressive age-related increase in task-relevant fronto-striatal activation in male development from childhood to adulthood. Little is known, however, about how gender affects this functional development. In this study, we used event related functional magnetic resonance imaging to examine effects of sex, age, and their interaction on brain activation during attentional switching and interference inhibition, in 63 male and female adolescents and adults, aged 13 to 38. Linear age correlations were observed across all subjects in task-specific frontal, striatal and temporo-parietal activation. Gender analysis revealed increased activation in females relative to males in fronto-striatal areas during the Switch task, and laterality effects in the Simon task, with females showing increased left inferior prefrontal and temporal activation, and males showing increased right inferior prefrontal and parietal activation. Increased prefrontal activation clusters in females and increased parietal activation clusters in males furthermore overlapped with clusters that were age-correlated across the whole group, potentially reflecting more mature prefrontal brain activation patterns for females, and more mature parietal activation patterns for males. Gender by age interactions further supported this dissociation, revealing exclusive female-specific age correlations in inferior and medial prefrontal brain regions during both tasks, and exclusive male-specific age correlations in superior parietal (Switch task) and temporal regions (Simon task). These findings show increased recruitment of age-correlated prefrontal activation in females, and of age-correlated parietal activation in males, during tasks of cognitive control. Gender differences in frontal and parietal recruitment may thus be related to gender differences in the neurofunctional maturation of these brain regions.

Impulsiveness as a timing disturbance: neurocognitive abnormalities in attention-deficit hyperactivity disorder during temporal processes and normalization with methylphenidate.

We argue that impulsiveness is characterized by compromised timing functions such as premature motor timing, decreased tolerance to delays, poor temporal foresight and steeper temporal discounting. A model illustration for the association between impulsiveness and timing deficits is the impulsiveness disorder of attention-deficit hyperactivity disorder (ADHD). Children with ADHD have deficits in timing processes of several temporal domains and the neural substrates of these compromised timing functions are strikingly similar to the neuropathology of ADHD. We review our published and present novel functional magnetic resonance imaging data to demonstrate that ADHD children show dysfunctions in key timing regions of prefrontal, cingulate, striatal and cerebellar location during temporal processes of several time domains including time discrimination of milliseconds, motor timing to seconds and temporal discounting of longer time intervals. Given that impulsiveness, timing abnormalities and more specifically ADHD have been related to dopamine dysregulation, we tested for and demonstrated a normalization effect of all brain dysfunctions in ADHD children during time discrimination with the dopamine agonist and treatment of choice, methylphenidate. This review together with the new empirical findings demonstrates that neurocognitive dysfunctions in temporal processes are crucial to the impulsiveness disorder of ADHD and provides first evidence for normalization with a dopamine reuptake inhibitor.

The human thalamus processes syntactic and semantic language violations

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