Increased CNS levels of apolipoprotein D in schizophrenic and bipolar subjects: Implications for the pathophysiology of psychiatric disorders

Chronic administration of the atypical antipsychotic drug, clozapine, to rodents has been shown to increase the concentration of apolipoprotein D (apoD) in several area of the brain, suggesting that apoD could be involved in the therapeutic effects of antipsychotic drugs and/or the pathology of psychotic illnesses. Here, we measured a significant decrease in the concentration of apoD in serum samples from schizophrenic patients. In contrast, apoD levels were significantly increased (92–287%) in dorsolateral prefrontal cortex (Brodmann's area 9) of schizophrenic and bipolar subjects. Elevated levels of apoD expression were also observed in the caudate of schizophrenic and bipolar subjects (68–89%). No differences in apoD immunoreactivity were detected in occipital cortex (Brodmann's area 18) in either group, or in the hippocampus, substantia nigra, or cerebellum of the schizophrenic group. The low serum concentrations of apoD observed in these patients supports recent hypotheses involving systemic insufficiencies in lipid metabolism/signaling in schizophrenia. Elevation of apoD expression selectively within central nervous system regions implicated in the pathology of these neuropsychiatric disorders suggests a focal compensatory response that neuroleptic drug regimens may augment.

Genome-wide expression analysis reveals dysregulation of myelination-related genes in chronic schizophrenia

Neuropathological and brain imaging studies suggest that schizophrenia may result from neurodevelopmental defects. Cytoarchitectural studies indicate cellular abnormalities suggestive of a disruption in neuronal connectivity in schizophrenia, particularly in the dorsolateral prefrontal cortex. Yet, the molecular mechanisms underlying these findings remain unclear. To identify molecular substrates associated with schizophrenia, DNA microarray analysis was used to assay gene expression levels in postmortem dorsolateral prefrontal cortex of schizophrenic and control patients. Genes determined to have altered expression levels in schizophrenics relative to controls are involved in a number of biological processes, including synaptic plasticity, neuronal development, neurotransmission, and signal transduction. Most notable was the differential expression of myelination-related genes suggesting a disruption in oligodendrocyte function in schizophrenia.

Components of verbal working memory: Evidence from neuroimaging

We review research on the neural bases of verbal working memory, focusing on human neuroimaging studies. We first consider experiments that indicate that verbal working memory is composed of multiple components. One component involves the subvocal rehearsal of phonological information and is neurally implemented by left-hemisphere speech areas, including Broca’s area, the premotor area, and the supplementary motor area. Other components of verbal working memory may be devoted to pure storage and to executive processing of the contents of memory. These studies rest on a subtraction logic, in which two tasks are imaged, differing only in that one task presumably has an extra process, and the difference image is taken to reflect that process. We then review studies that show that the previous results can be obtained with experimental methods other than subtraction. We focus on the method of parametric variation, in which a parameter that presumably reflects a single process is varied. In the last section, we consider the distinction between working memory tasks that require only storage of information vs. those that require that the stored items be processed in some way. These experiments provide some support for the hypothesis that, when a task requires processing the contents of working memory, the dorsolateral prefrontal cortex is disproportionately activated.

Activation of memory circuits during cue-elicited cocaine craving.

Evidence accumulated over more than 45 years has indicated that environmental stimuli can induce craving for drugs of abuse in individuals who have addictive disorders. However, the brain mechanisms that subserve such craving have not been elucidated. Here a positron emission tomographic study shows increased glucose metabolism in cortical and limbic regions implicated in several forms of memory when human volunteers who abuse cocaine are exposed to drug-related stimuli. Correlations of metabolic increases in the dorsolateral prefrontal cortex, medial temporal lobe (amygdala), and cerebellum with self-reports of craving suggest that a distributed neural network, which integrates emotional and cognitive aspects of memory, links environmental cues with cocaine craving.

Effets de la stimulation magnétique transcrânienne dans la maladie de Parkinson avec déficits cognitifs légers

Beaucoup de patients atteints de la maladie de Parkinson (MP) peuvent souffrir de troubles cognitifs dès les étapes initiales de la maladie et jusqu’à 80% d’entre eux vont développer une démence. Des altérations fonctionnelles au niveau du cortex préfrontal dorsolatéral (CPFDL), possiblement en relation avec le noyau caudé, seraient à l’origine de certains de ces déficits cognitifs. Des résultats antérieurs de notre groupe ont montré une augmentation de l’activité et de la connectivité dans la boucle cortico-striatale cognitive suite à la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) utilisant des paramètres « theta burst » intermittent (iTBS) sur le CPFDL gauche. Pour cette étude, 24 patients atteints de la MP avec des troubles cognitifs ont été séparées en 2 groupes : le groupe iTBS active (N=15) et le groupe sham (stimulation simulée, N=9). Une batterie neuropsychologique détaillée évaluant cinq domaines cognitifs (attention, fonctions exécutives, langage, mémoire et habiletés visuo-spatiales) a été administrée lors des jours 1, 8, 17 et 37. Le protocole iTBS a été appliqué sur le CPFDL gauche durant les jours 2, 4 et 7. Les scores z ont été calculés pour chaque domaine cognitif et pour la cognition globale. Les résultats ont montré une augmentation significative de la cognition globale jusqu’à 10 jours suivant l’iTBS active, particulièrement au niveau de l’attention, des fonctions exécutives et des habiletés visuo-spatiales. Cet effet sur la cognition globale n’est pas répliqué dans le groupe sham. Ces résultats suggèrent donc que l’iTBS peut moduler la performance cognitive chez les patients atteints de MP avec des déficits cognitifs.

Corrélats neuronaux du circuit des récompenses chez les jeunes à risque parental de troubles de l'humeur

Cette thèse a pour objectif l’investigation du circuit des récompenses, sur les plans comportementaux et neuronaux, chez des adolescents à risque parental élevé de dépression majeure et de trouble bipolaire, en comparaison à des jeunes à risque parental peu élevé. Plus précisément, le but est d’identifier des marqueurs comportementaux et neuronaux du risque de développer une dépression majeure ou un trouble bipolaire, afin d’être en mesure de détecter et de prévenir ces troubles le plus tôt possible pour éviter, ou du moins retarder, leur émergence. Pour ce faire, nous avons réalisé deux études, présentées ici dans deux articles empiriques. Dans le premier article, le fonctionnement comportemental et neuronal du circuit des récompenses a été investigué au moyen d’une tâche d’anticipation et d’obtention de gains et de pertes monétaires, chez des adolescents à risque parental de dépression majeure (i.e., jeunes asymptomatiques dont un des parents souffre de dépression majeure), des adolescents à risque parental de trouble bipolaire (i.e., jeunes asymptomatiques dont un des parents souffre de trouble bipolaire) et des adolescents contrôles (i.e., jeunes asymptomatiques dont les deux parents sont en bonne santé mentale). Au niveau comportemental, les résultats ont révélé une meilleure performance chez les jeunes à risque de dépression majeure lorsqu’ils devaient éviter d’obtenir des pertes monétaires de magnitude variée (0,20$, 1$ ou 5$), ainsi qu’une meilleure performance chez les jeunes à risque de trouble bipolaire sur les essais impliquant d’éviter des pertes monétaires de magnitude nulle (0$). Au niveau neuronal, les jeunes à risque de dépression majeure démontraient une diminution de l’activation du cortex préfrontal dorsolatéral lors de l’anticipation de potentielles pertes monétaires de magnitude variée, tandis que les jeunes à risque de trouble bipolaire démontraient une diminution de l’activation du cortex préfrontal dorsolatéral lors de l’anticipation de potentielles pertes monétaires de magnitude nulle. De plus, les jeunes à risque de dépression majeure tendaient à démontrer une augmentation de l’activité du cortex orbitofrontal durant l’évitement réussi de pertes monétaires, tandis que les jeunes à risque de trouble bipolaire tendaient à démontrer une augmentation de l’activité du cortex orbitofrontal lors de l’obtention de pertes monétaires. Dans le deuxième article, l’intégrité structurelle des régions fronto-limbiques a été investiguée, au moyen de mesures du volume, de l’épaisseur corticale et de la superficie corticale. Les résultats ont mis en évidence, chez les jeunes à risque de trouble bipolaire, un volume plus élevé du cortex préfrontal dorsolatéral, par rapport aux jeunes à risque de dépression majeure et contrôles. De plus, les jeunes à risque de trouble bipolaire présentaient un volume plus élevé du cortex cingulaire postérieur, en comparaison aux jeunes à risque de dépression majeure. Enfin, une diminution de l’épaisseur corticale du cortex orbitofrontal et du gyrus frontal moyen a été observée chez les adolescents à risque de trouble bipolaire, en comparaison au groupe contrôle. L’ensemble de ces résultats démontre ainsi l’existence de particularités comportementales et d’altérations neuronales sur les plans fonctionnel et structurel, chez des jeunes à risque élevé de troubles de l’humeur, et ce, avant même l’émergence des premiers symptômes thymiques. Plus particulièrement, ces caractéristiques pourraient constituer des marqueurs du risque de développer un trouble de l’humeur. Par conséquent, ces marqueurs pourraient aider à mieux identifier les jeunes qui sont le plus à risque de développer un trouble de l’humeur, et ainsi permettre la mise en place précoce de stratégies préventives adaptées, afin d’éviter des trajectoires développementales psychopathologiques.

Corrélats neuronaux du circuit des récompenses chez les jeunes à risque parental de troubles de l'humeur

Cette thèse a pour objectif l’investigation du circuit des récompenses, sur les plans comportementaux et neuronaux, chez des adolescents à risque parental élevé de dépression majeure et de trouble bipolaire, en comparaison à des jeunes à risque parental peu élevé. Plus précisément, le but est d’identifier des marqueurs comportementaux et neuronaux du risque de développer une dépression majeure ou un trouble bipolaire, afin d’être en mesure de détecter et de prévenir ces troubles le plus tôt possible pour éviter, ou du moins retarder, leur émergence. Pour ce faire, nous avons réalisé deux études, présentées ici dans deux articles empiriques. Dans le premier article, le fonctionnement comportemental et neuronal du circuit des récompenses a été investigué au moyen d’une tâche d’anticipation et d’obtention de gains et de pertes monétaires, chez des adolescents à risque parental de dépression majeure (i.e., jeunes asymptomatiques dont un des parents souffre de dépression majeure), des adolescents à risque parental de trouble bipolaire (i.e., jeunes asymptomatiques dont un des parents souffre de trouble bipolaire) et des adolescents contrôles (i.e., jeunes asymptomatiques dont les deux parents sont en bonne santé mentale). Au niveau comportemental, les résultats ont révélé une meilleure performance chez les jeunes à risque de dépression majeure lorsqu’ils devaient éviter d’obtenir des pertes monétaires de magnitude variée (0,20$, 1$ ou 5$), ainsi qu’une meilleure performance chez les jeunes à risque de trouble bipolaire sur les essais impliquant d’éviter des pertes monétaires de magnitude nulle (0$). Au niveau neuronal, les jeunes à risque de dépression majeure démontraient une diminution de l’activation du cortex préfrontal dorsolatéral lors de l’anticipation de potentielles pertes monétaires de magnitude variée, tandis que les jeunes à risque de trouble bipolaire démontraient une diminution de l’activation du cortex préfrontal dorsolatéral lors de l’anticipation de potentielles pertes monétaires de magnitude nulle. De plus, les jeunes à risque de dépression majeure tendaient à démontrer une augmentation de l’activité du cortex orbitofrontal durant l’évitement réussi de pertes monétaires, tandis que les jeunes à risque de trouble bipolaire tendaient à démontrer une augmentation de l’activité du cortex orbitofrontal lors de l’obtention de pertes monétaires. Dans le deuxième article, l’intégrité structurelle des régions fronto-limbiques a été investiguée, au moyen de mesures du volume, de l’épaisseur corticale et de la superficie corticale. Les résultats ont mis en évidence, chez les jeunes à risque de trouble bipolaire, un volume plus élevé du cortex préfrontal dorsolatéral, par rapport aux jeunes à risque de dépression majeure et contrôles. De plus, les jeunes à risque de trouble bipolaire présentaient un volume plus élevé du cortex cingulaire postérieur, en comparaison aux jeunes à risque de dépression majeure. Enfin, une diminution de l’épaisseur corticale du cortex orbitofrontal et du gyrus frontal moyen a été observée chez les adolescents à risque de trouble bipolaire, en comparaison au groupe contrôle. L’ensemble de ces résultats démontre ainsi l’existence de particularités comportementales et d’altérations neuronales sur les plans fonctionnel et structurel, chez des jeunes à risque élevé de troubles de l’humeur, et ce, avant même l’émergence des premiers symptômes thymiques. Plus particulièrement, ces caractéristiques pourraient constituer des marqueurs du risque de développer un trouble de l’humeur. Par conséquent, ces marqueurs pourraient aider à mieux identifier les jeunes qui sont le plus à risque de développer un trouble de l’humeur, et ainsi permettre la mise en place précoce de stratégies préventives adaptées, afin d’éviter des trajectoires développementales psychopathologiques.

Dynamic causal modeling of load-dependent modulation of effective connectivity within the verbal working memory network

Neuroimaging studies have consistently shown that working memory (WM) tasks engage a distributed neural network that primarily includes the dorsolateral prefrontal cortex, the parietal cortex, and the anterior cingulate cortex. The current challenge is to provide a mechanistic account of the changes observed in regional activity. To achieve this, we characterized neuroplastic responses in effective connectivity between these regions at increasing WM loads using dynamic causal modeling of functional magnetic resonance imaging data obtained from healthy individuals during a verbal n-back task. Our data demonstrate that increasing memory load was associated with (a) right-hemisphere dominance, (b) increasing forward (i.e., posterior to anterior) effective connectivity within the WM network, and (c) reduction in individual variability in WM network architecture resulting in the right-hemisphere forward model reaching an exceedance probability of 99% in the most demanding condition. Our results provide direct empirical support that task difficulty, in our case WM load, is a significant moderator of short-term plasticity, complementing existing theories of task-related reduction in variability in neural networks. Hum Brain Mapp, 2013. © 2013 Wiley Periodicals, Inc.

The Neural Basis of Involuntary Episodic Memories

Involuntary episodic memories are memories that come into consciousness without preceding retrieval effort. These memories are commonplace and are relevant to multiple mental disorders. However, they are vastly understudied. We use a novel paradigm to elicit involuntary memories in the laboratory so that we can study their neural basis. In session one, an encoding session, sounds are presented with picture pairs or alone. In session two, in the scanner, sounds-picture pairs and unpaired sounds are reencoded. Immediately following, participants are split into two groups: a voluntary and an involuntary group. Both groups perform a sound localization task in which they hear the sounds and indicate the side from which they are coming. The voluntary group additionally tries to remember the pictures that were paired with the sounds. Looking at neural activity, we find a main effect of condition (paired vs. unpaired sounds) showing similar activity in both groups for voluntary and involuntary memories in regions typically associated with retrieval. There is also a main effect of group (voluntary vs. involuntary) in the dorsolateral prefrontal cortex, a region typically associated with cognitive control. Turning to connectivity similarities and differences between groups again, there is a main effect of condition showing paired > unpaired sounds are associated with a recollection network. In addition, three group differences were found: (1) increased connectivity between the pulvinar nucleus of the thalamus and the recollection network for the voluntary group, (2) a higher association between the voluntary group and a network that includes regions typically found in frontoparietal and cingulo-opercular networks, and (3) shorter path length for about half of the nodes in these networks for the voluntary group. Finally, we use the same paradigm to compare involuntary memories in people with posttraumatic stress disorder (PTSD) to trauma-controls. This study also included the addition of emotional pictures. There were two main findings. (1) A similar pattern of activity was found for paired > unpaired sounds for both groups but this activity was delayed in the PTSD group. (2) A similar pattern of activity was found for high > low emotion stimuli but it occurred early in the PTSD group compared to the control group. Our results suggest that involuntary and voluntary memories share the same neural representation but that voluntary memories are associated with additional cognitive control processes. They also suggest that disorders associated with cognitive deficits, like PTSD, can affect the processing of involuntary memories.

Influence du vieillissement et de la scolarité sur la compréhension du discours : apport de l’imagerie optique

La compréhension du discours, et son évolution au cours du vieillissement, constitue un sujet d’une grande importance par sa complexité et sa place dans la préservation de la qualité de vie des aînés. Les objectifs de cette thèse étaient d’évaluer l’influence du vieillissement et du niveau de scolarité sur les capacités de compréhension du discours et sur l’activité cérébrale s’y rattachant. Pour ce faire, trois groupes (jeunes adultes ayant un niveau universitaire de scolarité, personnes âgées ayant un niveau universitaire de scolarité et personnes âgées ayant un niveau secondaire de scolarité) ont réalisé une tâche où ils devaient lire de courtes histoires, puis estimer la véracité d’une affirmation concernant cette histoire. Les capacités de compréhension correspondant aux traitements de trois niveaux du modèle de construction-intégration de Kintsch (la microstructure, la macrostructure et le modèle de situation) ont été évaluées. L’imagerie optique (NIRS) a permis d’estimer les variations d’oxyhémoglobine (HbO) et de déoxyhémoglobine (HbR) tout au long de la tâche. Les résultats ont démontré que les personnes âgées étaient aussi aptes que les plus jeunes pour rappeler la macrostructure (essentiel du texte), mais qu’ils avaient plus de difficulté à rappeler la microstructure (détails) et le modèle de situation (inférence et intégration) suite à la lecture de courts textes. Lors de la lecture, les participants plus âgés ont également montré une plus grande activité cérébrale dans le cortex préfrontal dorsolatéral gauche, ce qui pourrait être un mécanisme de compensation tel que décrit dans le modèle CRUNCH. Aucune différence significative n’a été observée lors de la comparaison des participants âgés ayant un niveau universitaire de scolarité et ceux ayant un niveau secondaire, tant au niveau des capacités de compréhension que de l’activité cérébrale s’y rattachant. Les deux groupes ont cependant des habitudes de vie stimulant la cognition, entre autres, de bonnes habitudes de lecture. Ainsi, ces habitudes semblent avoir une plus grande influence que l’éducation sur les performances en compréhension et sur l’activité cérébrale sous-jacente. Il se pourrait donc que l’éducation influence la cognition en promouvant des habitudes favorisant les activités cognitives, et que ce soit ces habitudes qui aient en bout ligne un réel impact sur le vieillissement cognitif.

Comprendre l’interaction entre la douleur et le système moteur : une étude novatrice combinant la stimulation magnétique transcrânienne et l’électroencéphalographie

Résumé : L’interaction entre la douleur et le système moteur est bien connue en clinique et en réadaptation. Il est sans surprise que la douleur est un phénomène considérablement invalidant, affectant la qualité de vie de ceux et celles qui en souffrent. Toutefois, les bases neurophysiologiques qui sous-tendent cette interaction demeurent, encore aujourd’hui, mal comprises. Le but de la présente étude était de mieux comprendre les mécanismes corticaux impliqués dans l’interaction entre la douleur et le système moteur. Pour ce faire, une douleur expérimentale a été induite à l’aide d’une crème à base de capsaïcine au niveau de l’avant-bras gauche des participants. L'effet de la douleur sur la force des projections corticospinales ainsi que sur l’activité cérébrale a été mesuré à l’aide de la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) et de l’électroencéphalographie (EEG), respectivement. L’analyse des données EEG a permis de révéler qu'en présence de douleur aiguë, il y a une augmentation de l’activité cérébrale au niveau du cuneus central (fréquence têta), du cortex dorsolatéral préfrontal gauche (fréquence alpha) ainsi que du cuneus gauche et de l'insula droite (toutes deux fréquence bêta), lorsque comparée à la condition initiale (sans douleur). Également, les analyses démontrent une augmentation de l'activité du cortex moteur primaire droit en présence de douleur, mais seulement chez les participants qui présentaient simultanément une diminution de leur force de projections corticales (mesurée avec la TMS t=4,45, p<0,05). Ces participants ont également montré une plus grande connectivité entre M1 et le cuneus que les participants dont la douleur n’a pas affecté la force des projections corticospinales (t=3,58, p<0,05). Ces résultats suggèrent qu’une douleur expérimentale induit, chez certains individus, une altération au niveau des forces de projections corticomotrices. Les connexions entre M1 et le cuneus seraient possiblement impliquées dans la survenue de ces changements corticomoteurs.

Influence du vieillissement et de la scolarité sur la compréhension du discours : apport de l’imagerie optique

La compréhension du discours, et son évolution au cours du vieillissement, constitue un sujet d’une grande importance par sa complexité et sa place dans la préservation de la qualité de vie des aînés. Les objectifs de cette thèse étaient d’évaluer l’influence du vieillissement et du niveau de scolarité sur les capacités de compréhension du discours et sur l’activité cérébrale s’y rattachant. Pour ce faire, trois groupes (jeunes adultes ayant un niveau universitaire de scolarité, personnes âgées ayant un niveau universitaire de scolarité et personnes âgées ayant un niveau secondaire de scolarité) ont réalisé une tâche où ils devaient lire de courtes histoires, puis estimer la véracité d’une affirmation concernant cette histoire. Les capacités de compréhension correspondant aux traitements de trois niveaux du modèle de construction-intégration de Kintsch (la microstructure, la macrostructure et le modèle de situation) ont été évaluées. L’imagerie optique (NIRS) a permis d’estimer les variations d’oxyhémoglobine (HbO) et de déoxyhémoglobine (HbR) tout au long de la tâche. Les résultats ont démontré que les personnes âgées étaient aussi aptes que les plus jeunes pour rappeler la macrostructure (essentiel du texte), mais qu’ils avaient plus de difficulté à rappeler la microstructure (détails) et le modèle de situation (inférence et intégration) suite à la lecture de courts textes. Lors de la lecture, les participants plus âgés ont également montré une plus grande activité cérébrale dans le cortex préfrontal dorsolatéral gauche, ce qui pourrait être un mécanisme de compensation tel que décrit dans le modèle CRUNCH. Aucune différence significative n’a été observée lors de la comparaison des participants âgés ayant un niveau universitaire de scolarité et ceux ayant un niveau secondaire, tant au niveau des capacités de compréhension que de l’activité cérébrale s’y rattachant. Les deux groupes ont cependant des habitudes de vie stimulant la cognition, entre autres, de bonnes habitudes de lecture. Ainsi, ces habitudes semblent avoir une plus grande influence que l’éducation sur les performances en compréhension et sur l’activité cérébrale sous-jacente. Il se pourrait donc que l’éducation influence la cognition en promouvant des habitudes favorisant les activités cognitives, et que ce soit ces habitudes qui aient en bout ligne un réel impact sur le vieillissement cognitif.

Cortex, cognition and the cell: New insights into the pyramidal neuron and prefrontal function

Arguably the most complex conical functions are seated in human cognition, the how and why of which have been debated for centuries by theologians, philosophers and scientists alike. In his best-selling book, An Astonishing Hypothesis: A Scientific Search for the Soul, Francis Crick refined the view that these qualities are determined solely by cortical cells and circuitry. Put simply, cognition is nothing more, or less, than a biological function. Accepting this to be the case, it should be possible to identify the mechanisms that subserve cognitive processing. Since the pioneering studies of Lorent de No and Hebb, and the more recent studies of Fuster, Miller and Goldman-Rakic, to mention but a few, much attention has been focused on the role of persistent neural activity in cognitive processes. Application of modern technologies and modelling techniques has led to new hypotheses about the mechanisms of persistent activity. Here I focus on how regional variations in the pyramidal cell phenotype may determine the complexity of cortical circuitry and, in turn, influence neural activity. Data obtained from thousands of individually injected pyramidal cells in sensory, motor, association and executive cortex reveal marked differences in the numbers of putative excitatory inputs received by these cells. Pyramidal cells in prefrontal cortex have, on average, up to 23 times more dendritic spines than those in the primary visual area. I propose that without these specializations in the structure of pyramidal cells, and the circuits they form, human cognitive processing would not have evolved to its present state. I also present data from both New World and Old World monkeys that show varying degrees of complexity in the pyramidal cell phenotype in their prefrontal cortices, suggesting that cortical circuitry and, thus, cognitive styles are evolving independently in different species.

Complex regional pain syndrome type I affects brain structure in prefrontal and motor cortex.

The complex regional pain syndrome (CRPS) is a rare but debilitating pain disorder that mostly occurs after injuries to the upper limb. A number of studies indicated altered brain function in CRPS, whereas possible influences on brain structure remain poorly investigated. We acquired structural magnetic resonance imaging data from CRPS type I patients and applied voxel-by-voxel statistics to compare white and gray matter brain segments of CRPS patients with matched controls. Patients and controls were statistically compared in two different ways: First, we applied a 2-sample ttest to compare whole brain white and gray matter structure between patients and controls. Second, we aimed to assess structural alterations specifically of the primary somatosensory (S1) and motor cortex (M1) contralateral to the CRPS affected side. To this end, MRI scans of patients with left-sided CRPS (and matched controls) were horizontally flipped before preprocessing and region-of-interest-based group comparison. The unpaired ttest of the "non-flipped" data revealed that CRPS patients presented increased gray matter density in the dorsomedial prefrontal cortex. The same test applied to the "flipped" data showed further increases in gray matter density, not in the S1, but in the M1 contralateral to the CRPS-affected limb which were inversely related to decreased white matter density of the internal capsule within the ipsilateral brain hemisphere. The gray-white matter interaction between motor cortex and internal capsule suggests compensatory mechanisms within the central motor system possibly due to motor dysfunction. Altered gray matter structure in dorsomedial prefrontal cortex may occur in response to emotional processes such as pain-related suffering or elevated analgesic top-down control.

Resting state cortico-thalamic-striatal connectivity predicts pesponse to dorsomedial prefrontal rTMS in major depressive disorder

Despite its high toll on society, there has been little recent improvement in treatment efficacy for Major Depressive Disorder (MDD). The identification of biological markers of successful treatment response may allow for more personalized and effective treatment. Here we investigate whether resting state functional connectivity predicted response to treatment with rapid transcranial magnetic stimulation (rTMS) to dorsomedial prefrontal cortex (dmPFC). Twenty five individuals with treatment-refractory MDD underwent a 4-week course of dmPFC-rTMS. Before and after treatment, subjects received resting state functional MRI scans and assessments of depressive symptoms using the Hamilton Depresssion Rating Scale (HAMD17). We found that higher baseline cortico-cortical connectivity (dmPFC-subgenual cingulate and subgenual cingulate to dorsolateral PFC) and lower cortico-thalamic, cortico-striatal and cortico-limbic connectivity were associated with better treatment outcomes. We also investigated how changes in connectivity over the course of treatment related to improvements in HAMD17 scores. We found that successful treatment was associated with increased dmPFC-thalamic connectivity and decreased sgACC-caudate connectivity, Our findings provide insight into which individuals might respond to rTMS treatment and the mechanisms through which these treatments work.