Mismatch negativity in recent-onset and chronic schizophrenia : a current source density analysis

Mismatch negativity (MMN) is a component of the event-related potential elicited by deviant auditory stimuli. It is presumed to index pre-attentive monitoring of changes in the auditory environment. MMN amplitude is smaller in groups of individuals with schizophrenia compared to healthy controls. We compared duration-deviant MMN in 16 recent-onset and 19 chronic schizophrenia patients versus age- and sex-matched controls. Reduced frontal MMN was found in both patient groups, involved reduced hemispheric asymmetry, and was correlated with Global Assessment of Functioning (GAF) and negative symptom ratings. A cortically-constrained LORETA analysis, incorporating anatomical data from each individual's MRI, was performed to generate a current source density model of the MMN response over time. This model suggested MMN generation within a temporal, parietal and frontal network, which was right hemisphere dominant only in controls. An exploratory analysis revealed reduced CSD in patients in superior and middle temporal cortex, inferior and superior parietal cortex, precuneus, anterior cingulate, and superior and middle frontal cortex. A region of interest (ROI) analysis was performed. For the early phase of the MMN, patients had reduced bilateral temporal and parietal response and no lateralisation in frontal ROIs. For late MMN, patients had reduced bilateral parietal response and no lateralisation in temporal ROIs. In patients, correlations revealed a link between GAF and the MMN response in parietal cortex. In controls, the frontal response onset was 17 ms later than the temporal and parietal response. In patients, onset latency of the MMN response was delayed in secondary, but not primary, auditory cortex. However amplitude reductions were observed in both primary and secondary auditory cortex. These latency delays may indicate relatively intact information processing upstream of the primary auditory cortex, but impaired primary auditory cortex or cortico-cortical or thalamo-cortical communication with higher auditory cortices as a core deficit in schizophrenia.

Of mice, birds, and men: the mouse ultrasonic song system has some features similar to humans and song-learning birds.

Humans and song-learning birds communicate acoustically using learned vocalizations. The characteristic features of this social communication behavior include vocal control by forebrain motor areas, a direct cortical projection to brainstem vocal motor neurons, and dependence on auditory feedback to develop and maintain learned vocalizations. These features have so far not been found in closely related primate and avian species that do not learn vocalizations. Male mice produce courtship ultrasonic vocalizations with acoustic features similar to songs of song-learning birds. However, it is assumed that mice lack a forebrain system for vocal modification and that their ultrasonic vocalizations are innate. Here we investigated the mouse song system and discovered that it includes a motor cortex region active during singing, that projects directly to brainstem vocal motor neurons and is necessary for keeping song more stereotyped and on pitch. We also discovered that male mice depend on auditory feedback to maintain some ultrasonic song features, and that sub-strains with differences in their songs can match each other's pitch when cross-housed under competitive social conditions. We conclude that male mice have some limited vocal modification abilities with at least some neuroanatomical features thought to be unique to humans and song-learning birds. To explain our findings, we propose a continuum hypothesis of vocal learning.

Modeling resting-state functional networks when the cortex falls asleep: local and global changes.

The transition from wakefulness to sleep represents the most conspicuous change in behavior and the level of consciousness occurring in the healthy brain. It is accompanied by similarly conspicuous changes in neural dynamics, traditionally exemplified by the change from "desynchronized" electroencephalogram activity in wake to globally synchronized slow wave activity of early sleep. However, unit and local field recordings indicate that the transition is more gradual than it might appear: On one hand, local slow waves already appear during wake; on the other hand, slow sleep waves are only rarely global. Studies with functional magnetic resonance imaging also reveal changes in resting-state functional connectivity (FC) between wake and slow wave sleep. However, it remains unclear how resting-state networks may change during this transition period. Here, we employ large-scale modeling of the human cortico-cortical anatomical connectivity to evaluate changes in resting-state FC when the model "falls asleep" due to the progressive decrease in arousal-promoting neuromodulation. When cholinergic neuromodulation is parametrically decreased, local slow waves appear, while the overall organization of resting-state networks does not change. Furthermore, we show that these local slow waves are structured macroscopically in networks that resemble the resting-state networks. In contrast, when the neuromodulator decrease further to very low levels, slow waves become global and resting-state networks merge into a single undifferentiated, broadly synchronized network.

The geometric structure of the brain fiber pathways.

The structure of the brain as a product of morphogenesis is difficult to reconcile with the observed complexity of cerebral connectivity. We therefore analyzed relationships of adjacency and crossing between cerebral fiber pathways in four nonhuman primate species and in humans by using diffusion magnetic resonance imaging. The cerebral fiber pathways formed a rectilinear three-dimensional grid continuous with the three principal axes of development. Cortico-cortical pathways formed parallel sheets of interwoven paths in the longitudinal and medio-lateral axes, in which major pathways were local condensations. Cross-species homology was strong and showed emergence of complex gyral connectivity by continuous elaboration of this grid structure. This architecture naturally supports functional spatio-temporal coherence, developmental path-finding, and incremental rewiring with correlated adaptation of structure and function in cerebral plasticity and evolution.

Réponse auditive oscillatoire chez le non-voyant : investigation par magnétoencéphalographie

Les personnes non-voyantes montrent dans les différents aspects de leurs vies qu’elles sont capables de s’adapter à la privation visuelle en utilisant les capacités intactes comme l’ouï ou le toucher. Elles montrent qu’elles peuvent bien évoluer dans leur environnement en absence de vision et démontrent même des fois des habiletés supérieures à celles des personnes voyantes. La recherche de ces dernières décennies s’est beaucoup intéressée aux capacités adaptatives des non-voyants surtout avec l’avènement des nouvelles techniques d’imagerie qui ont permis d’investiguer des domaines qui ne l’étaient pas ou l’étaient difficilement avant. Les capacités supérieures des non voyants dans l’utilisation plus efficace des informations auditives et tactiles semblent avoir leur base neuronale dans le dans le cortex visuel désafférenté, qui continu à être fonctionnel après la privation sensorielle et s’en trouve recruté pour le traitement de stimulations dites intermodales : auditives, tactiles et même montre une implication dans des processus de plus haut niveau, comme la mémoire ou le langage. Cette implication fonctionnelle intermodale résulte de la plasticité du cortex visuel c'est-à-dire sa capacité à changer sa structure, sa fonction et d’adapter ses interactions avec les autres systèmes en l’absence de vision. La plasticité corticale n’est pas exclusive au cortex visuel mais est un état permanent de tout le cerveau. Pour mesurer l’activité du cortex visuel des non voyants, une mesure d’excitabilité de ses neurones consiste à mesurer le temps de recouvrement de l’onde N1 en potentiels évoqués, qui est plus rapide chez les non voyants dans la modalité auditive. En effet, les réponses en potentiels et champs évoqués ont été utilisés en EEG/MEG pour mettre en évidence des changements plastiques dans le cortex visuel des non-voyants pour le traitement de stimuli dans les modalités auditives et tactiles. Ces réponses étaient localisées dans les régions postérieures chez les non voyants contrairement aux contrôles voyants. Un autre type de réponse auditive a reçu moins d’intérêt dans la recherche concernant la réorganisation fonctionnelle en relation avec la privation sensorielle, il s’agit de la réponse auditive oscillatoire (Auditory Steady-State Response ASSR). C’est une réponse qui a l’avantage d’osciller au rythme de stimulation et d’être caractérisé par une réponse des aires auditives étiquetée à la fréquence de stimulation. Cette étiquette se présente sous la forme qu’un pic d’énergie spectrale important qui culmine aux fréquences présentes dans la stimulation. Elle a également l’avantage d’être localisée dans les régions auditives primaires, de là tout changement de localisation de cette réponse chez des non voyants en faveur des régions visuelles pourrait être considéré comme une évidence de la réorganisation fonctionnelle qui s’opère après une privation sensorielle précoce. Le but de cette thèse est donc d’utiliser la réponse oscillatoire à l’écoute des sons modulés en amplitude (MA) pour mettre en évidence les corrélats de la réorganisation fonctionnelle dans le cortex visuel des non-voyants précoces. La modulation de la réponse auditive dans les régions visuelles nous permettra de montrer qu’une réorganisation est possible chez les non-voyants pour ce traitement intermodal. La première étude est une validation du paradigme expérimental «frequency tagged sounds». Il s’agit de montrer qu’une tâche de détection de changement dans la stimulation, permet de moduler la réponse ASSR aux sons modulés en amplitude en vue de l’utiliser dans les études chez les non voyants et dans les conditions d’une privation visuelle transitoire (avec les yeux bandés). Un groupe de sujets voyants ont réalisé une tâche de détection de changement dans la stimulation les yeux ouverts dans deux conditions : écoute active qui consiste à détecter un changement dans la fréquence porteuse de la modulation en appuyant avec l’index droit sur un bouton de réponse et une condition d’écoute passive. Les sons étaient présentés en écoute monaurale et dichotique. Les résultats ont montré une différence significative à l’occurrence du changement dans la stimulation en écoute dichotique seulement. Les schémas de plus grande réponse controlatérale et de suppression binaurale décrit dans la littérature ont été confirmés. La deuxième étude avait pour but de mettre en évidence une réorganisation rapide de la réponse ASSR chez un groupe de sujets voyants dans les conditions de privation visuelle transitoire de courte durée, par bandage des yeux pendant six heures. Le même protocole expérimental que la première étude a été utilisé en écoute active seulement. Les résultats montrent que dans ces conditions une modulation de la réponse corticale en écoute dichotique dans les régions visuelles est possible. Ces sources d’activité occipitale adoptent une propriété du cortex auditif qui est le battement binaural, c'est-à-dire l’oscillation de la réponse ASSR à la différence des fréquences présentées dans chaque oreille. Cet effet est présent chez la moitié des sujets testés. La représentation corticale des sources occipitales évolue durant la période de privation et montre un déplacement des sources d’activité dans la direction antéropostérieure à la fin de la période de privation. La troisième étude a permis de comparer le traitement de la réponse ASSR dans un groupe de non-voyants congénitaux à un groupe de voyants contrôles, pour investiguer les corrélats de la réorganisation fonctionnelle de cette réponse après une privation sensorielle de longue durée c'est-à-dire chez des non voyants congénitaux. Les résultats montrent des différences significatives dans la représentation spectrale de la réponse entre les deux groupes avec néanmoins des activations temporales importantes aussi bien chez les non voyants que chez les contrôles voyants. Des sources distribuées ont été localisées dans les régions associatives auditives dans les deux groupes à la différence des non voyants où il y avait en plus l’implication des régions temporales inférieures, connues comme étant activées par la vision des objets chez les voyants et font partie de la voie visuelle du quoi. Les résultats présentés dans le cadre de cette thèse vont dans le sens d’une réorganisation rapide de la réponse auditive oscillatoire après une privation visuelle transitoire de courte durée par l’implication des régions visuelles dans le traitement de la réponse ASSR par l’intermédiaire du démasquage de connections existantes entre le cortex visuel et le cortex auditif. La privation visuelle de longue durée, elle conduit à des changements plastiques, d’une part intra modaux par l’extension de l’activité aux régions temporales supérieures et médianes. D’autre part, elle induit des changements inter modaux par l’implication fonctionnelle des régions temporales inférieures visuelles dans le traitement des sons modulés en amplitude comme objets auditifs alors qu’elles sont normalement dédiées au traitement des objets visuels. Cette réorganisation passe probablement par les connections cortico-corticales.

Cholinergic enhancement of perceptual learning : behavioral, physiological, and neuro-pharmacological study in the rat primary visual cortex

Les cortices sensoriels sont des régions cérébrales essentielles pour la perception. En particulier, le cortex visuel traite l’information visuelle en provenance de la rétine qui transite par le thalamus. Les neurones sont les unités fonctionnelles qui transforment l'information sensorielle en signaux électriques, la transfèrent vers le cortex et l'intègrent. Les neurones du cortex visuel sont spécialisés et analysent différents aspects des stimuli visuels. La force des connections entre les neurones peut être modulée par la persistance de l'activité pré-synaptique et induit une augmentation ou une diminution du signal post-synaptique à long terme. Ces modifications de la connectivité synaptique peuvent induire la réorganisation de la carte corticale, c’est à dire la représentation de ce stimulus et la puissance de son traitement cortical. Cette réorganisation est connue sous le nom de plasticité corticale. Elle est particulièrement active durant la période de développement, mais elle s’observe aussi chez l’adulte, par exemple durant l’apprentissage. Le neurotransmetteur acétylcholine (ACh) est impliqué dans de nombreuses fonctions cognitives telles que l’apprentissage ou l’attention et il est important pour la plasticité corticale. En particulier, les récepteurs nicotiniques et muscariniques du sous-type M1 et M2 sont les récepteurs cholinergiques impliqués dans l’induction de la plasticité corticale. L’objectif principal de la présente thèse est de déterminer les mécanismes de plasticité corticale induits par la stimulation du système cholinergique au niveau du télencéphale basal et de définir les effets sur l’amélioration de la perception sensorielle. Afin d’induire la plasticité corticale, j’ai jumelé des stimulations visuelles à des injections intracorticales d’agoniste cholinergique (carbachol) ou à une stimulation du télencéphale basal (neurones cholinergiques qui innervent le cortex visuel primaire). J'ai analysé les potentiels évoqués visuels (PEVs) dans le cortex visuel primaire des rats pendant 4 à 8 heures après le couplage. Afin de préciser l’action de l’ACh sur l’activité des PEVs dans V1, j’ai injecté individuellement l’antagoniste des récepteurs muscariniques, nicotiniques, α7 ou NMDA avant l’infusion de carbachol. La stimulation du système cholinergique jumelée avec une stimulation visuelle augmente l’amplitude des PEVs durant plus de 8h. Le blocage des récepteurs muscarinique, nicotinique et NMDA abolit complètement cette amélioration, tandis que l’inhibition des récepteurs α7 a induit une augmentation instantanée des PEVs. Ces résultats suggèrent que l'ACh facilite à long terme la réponse aux stimuli visuels et que cette facilitation implique les récepteurs nicotiniques, muscariniques et une interaction avec les récepteur NMDA dans le cortex visuel. Ces mécanismes sont semblables à la potentiation à long-terme, évènement physiologique lié à l’apprentissage. L’étape suivante était d’évaluer si l’effet de l’amplification cholinergique de l’entrée de l’information visuelle résultait non seulement en une modification de l’activité corticale mais aussi de la perception visuelle. J’ai donc mesuré l’amélioration de l’acuité visuelle de rats adultes éveillés exposés durant 10 minutes par jour pendant deux semaines à un stimulus visuel de type «réseau sinusoïdal» couplé à une stimulation électrique du télencéphale basal. L’acuité visuelle a été mesurée avant et après le couplage des stimulations visuelle et cholinergique à l’aide d’une tâche de discrimination visuelle. L’acuité visuelle du rat pour le stimulus d’entrainement a été augmentée après la période d’entrainement. L’augmentation de l’acuité visuelle n’a pas été observée lorsque la stimulation visuelle seule ou celle du télencéphale basal seul, ni lorsque les fibres cholinergiques ont été lésées avant la stimulation visuelle. Une augmentation à long terme de la réactivité corticale du cortex visuel primaire des neurones pyramidaux et des interneurones GABAergiques a été montrée par l’immunoréactivité au c-Fos. Ainsi, lorsque couplé à un entrainement visuel, le système cholinergique améliore les performances visuelles pour l’orientation et ce probablement par l’optimisation du processus d’attention et de plasticité corticale dans l’aire V1. Afin d’étudier les mécanismes pharmacologiques impliqués dans l’amélioration de la perception visuelle, j’ai comparé les PEVs avant et après le couplage de la stimulation visuelle/cholinergique en présence d’agonistes/antagonistes sélectifs. Les injections intracorticales des différents agents pharmacologiques pendant le couplage ont montré que les récepteurs nicotiniques et M1 muscariniques amplifient la réponse corticale tandis que les récepteurs M2 muscariniques inhibent les neurones GABAergiques induisant un effet excitateur. L’infusion d’antagoniste du GABA corrobore l’hypothèse que le système inhibiteur est essentiel pour induire la plasticité corticale. Ces résultats démontrent que l’entrainement visuel jumelé avec la stimulation cholinergique améliore la plasticité corticale et qu’elle est contrôlée par les récepteurs nicotinique et muscariniques M1 et M2. Mes résultats suggèrent que le système cholinergique est un système neuromodulateur qui peut améliorer la perception sensorielle lors d’un apprentissage perceptuel. Les mécanismes d’amélioration perceptuelle induits par l’acétylcholine sont liés aux processus d’attention, de potentialisation à long-terme et de modulation de la balance d’influx excitateur/inhibiteur. En particulier, le couplage de l’activité cholinergique avec une stimulation visuelle augmente le ratio de signal / bruit et ainsi la détection de cibles. L’augmentation de la concentration cholinergique corticale potentialise l’afférence thalamocorticale, ce qui facilite le traitement d’un nouveau stimulus et diminue la signalisation cortico-corticale minimisant ainsi la modulation latérale. Ceci est contrôlé par différents sous-types de récepteurs cholinergiques situés sur les neurones GABAergiques ou glutamatergiques des différentes couches corticales. La présente thèse montre qu’une stimulation électrique dans le télencéphale basal a un effet similaire à l’infusion d’agoniste cholinergique et qu’un couplage de stimulations visuelle et cholinergique induit la plasticité corticale. Ce jumelage répété de stimulations visuelle/cholinergique augmente la capacité de discrimination visuelle et améliore la perception. Cette amélioration est corrélée à une amplification de l’activité neuronale démontrée par immunocytochimie du c-Fos. L’immunocytochimie montre aussi une différence entre l’activité des neurones glutamatergiques et GABAergiques dans les différentes couches corticales. L’injection pharmacologique pendant la stimulation visuelle/cholinergique suggère que les récepteurs nicotiniques, muscariniques M1 peuvent amplifier la réponse excitatrice tandis que les récepteurs M2 contrôlent l’activation GABAergique. Ainsi, le système cholinergique activé au cours du processus visuel induit des mécanismes de plasticité corticale et peut ainsi améliorer la capacité perceptive. De meilleures connaissances sur ces actions ouvrent la possibilité d’accélérer la restauration des fonctions visuelles lors d’un déficit ou d’amplifier la fonction cognitive.

White matter abnormalities associated with Alzheimer's disease and mild cognitive impairment: A critical review of MRI studies

In this article, the authors aim to present a critical review of recent MRI studies addressing white matter (WM) abnormalities in Alzheimer's disease (AD) and mild cognitive impairment (MCI), by searching PubMed and reviewing MRI studies evaluating subjects with AD or MCI using WM volumetric methods, diffusion tensor imaging and assessment of WM hyperintensities. Studies have found that, compared with healthy controls, AD and MCI samples display WM volumetric reductions and diffusion tensor imaging findings suggestive of reduced WM integrity. These changes affect complex networks relevant to episodic memory and other cognitive processes, including fiber connections that directly link medial temporal structures and the corpus callosum. Abnormalities in cortico-cortical and cortico-subcortical WM interconnections are associated with an increased risk of progression from MCI to dementia. It can be concluded that WM abnormalities are detectable in early stages of AD and MCI. Degeneration of WM networks causes disconnection among neural cells and the degree of such changes is related to cognitive decline. © 2013 2013 Expert Reviews Ltd.

Intermittent spike-wave dynamics in a heterogeneous, spatially extended neural mass model

Generalised epileptic seizures are frequently accompanied by sudden, reversible transitions from low amplitude, irregular background activity to high amplitude, regular spike-wave discharges (SWD) in the EEG. The underlying mechanisms responsible for SWD generation and for the apparently spontaneous transitions to SWD and back again are still not fully understood. Specifically, the role of spatial cortico-cortical interactions in ictogenesis is not well studied. We present a macroscopic, neural mass model of a cortical column which includes two distinct time scales of inhibition. This model can produce both an oscillatory background and a pathological SWD rhythm. We demonstrate that coupling two of these cortical columns can lead to a bistability between out-of-phase, low amplitude background dynamics and in-phase, high amplitude SWD activity. Stimuli can cause state-dependent transitions from background into SWD. In an extended local area of cortex, spatial heterogeneities in a model parameter can lead to spontaneous reversible transitions from a desynchronised background to synchronous SWD due to intermittency. The deterministic model is therefore capable of producing absence seizure-like events without any time dependent adjustment of model parameters. The emergence of such mechanisms due to spatial coupling demonstrates the importance of spatial interactions in modelling ictal dynamics, and in the study of ictogenesis.

Frontal areas contribute to reduced global coordination of resting-state gamma activities in drug-naïve patients with schizophrenia

Schizophrenia has been postulated to involve impaired neuronal cooperation in large-scale neural networks, including cortico-cortical circuitry. Alterations in gamma band oscillations have attracted a great deal of interest as they appear to represent a pathophysiological process of cortical dysfunction in schizophrenia. Gamma band oscillations reflect local cortical activities, and the synchronization of these activities among spatially distributed cortical areas has been suggested to play a central role in the formation of networks. To assess global coordination across spatially distributed brain regions, Omega complexity (OC) in multichannel EEG was proposed. Using OC, we investigated global coordination of resting-state EEG activities in both gamma (30–50 Hz) and below-gamma (1.5–30 Hz) bands in drug-naïve patients with schizophrenia and investigated the effects of neuroleptic treatment. We found that gamma band OC was significantly higher in drug-naïve patients with schizophrenia compared to control subjects and that a right frontal electrode (F3) contributed significantly to the higher OC. After neuroleptic treatment, reductions in the contribution of frontal electrodes to global OC in both bands correlated with the improvement of schizophrenia symptomatology. The present study suggests that frontal brain processes in schizophrenia were less coordinated with activity in the remaining brain. In addition, beneficial effects of neuroleptic treatment were accompanied by improvement of brain coordination predominantly due to changes in frontal regions. Our study provides new evidence of improper intrinsic brain integration in schizophrenia by investigating the resting-state gamma band activity.

An EEG approach to the neurodevelopmental hypothesis of schizophrenia studying schizophrenics, normal controls and adolescents

Based on an integrative brain model which focuses on memory-driven and EEG state-dependent information processing for the organisation of behaviour, we used the developmental changes of the awake EEG to further investigate the hypothesis that neurodevelopmental abnormalities (deviations in organisation and reorganisation of cortico-cortical connectivity during development) are involved in the pathogenesis of schizophrenia. First-episode, neuroleptic-naive schizophrenics and their matched controls and three age groups of normal adolescents were studied (total: 70 subjects). 19-channel EEG delta-theta, alpha and beta spectral band centroid frequencies during resting (baseline) and after verbal stimuli were used as measure of the level of attained complexity and momentary excitability of the neuronal network (working memory). Schizophrenics compared with all control groups showed lower delta-theta activity centroids and higher alpha and beta activity centroids. Reactivity centroids (centroid after stimulus minus centroid during resting) were used as measure of update of working memory. Schizophrenics showed partial similarities in delta-theta and beta reactivity centroids with the 11-year olds and in alpha reactivity centroids with the 13-year olds. Within the framework of our model, the results suggest multifactorially elicited imbalances in the level of excitability of neuronal networks in schizophrenia, resulting in network activation at dissociated complexity levels, partially regressed and partially prematurely developed. It is hypothesised that activation of age- and/or state-inadequate representations for coping with realities becomes manifest as productive schizophrenic symptoms. Thus, the results support some aspects of the neurodevelopmental hypothesis.

Spatial cognition, body representation and affective processes: the role of vestibular information beyond ocular reflexes and control of posture

A growing number of studies in humans demonstrate the involvement of vestibular information in tasks that are seemingly remote from well-known functions such as space constancy or postural control. In this review article we point out three emerging streams of research highlighting the importance of vestibular input: (1) Spatial Cognition: Modulation of vestibular signals can induce specific changes in spatial cognitive tasks like mental imagery and the processing of numbers. This has been shown in studies manipulating body orientation (changing the input from the otoliths), body rotation (changing the input from the semicircular canals), in clinical findings with vestibular patients, and in studies carried out in microgravity. There is also an effect in the reverse direction; top-down processes can affect perception of vestibular stimuli. (2) Body Representation: Numerous studies demonstrate that vestibular stimulation changes the representation of body parts, and sensitivity to tactile input or pain. Thus, the vestibular system plays an integral role in multisensory coordination of body representation. (3) Affective Processes and Disorders: Studies in psychiatric patients and patients with a vestibular disorder report a high comorbidity of vestibular dysfunctions and psychiatric symptoms. Recent studies investigated the beneficial effect of vestibular stimulation on psychiatric disorders, and how vestibular input can change mood and affect. These three emerging streams of research in vestibular science are—at least in part—associated with different neuronal core mechanisms. Spatial transformations draw on parietal areas, body representation is associated with somatosensory areas, and affective processes involve insular and cingulate cortices, all of which receive vestibular input. Even though a wide range of different vestibular cortical projection areas has been ascertained, their functionality still is scarcely understood.

Spatial processing in the auditory cortex of the macaque monkey

The patterns of cortico-cortical and cortico-thalamic connections of auditory cortical areas in the rhesus monkey have led to the hypothesis that acoustic information is processed in series and in parallel in the primate auditory cortex. Recent physiological experiments in the behaving monkey indicate that the response properties of neurons in different cortical areas are both functionally distinct from each other, which is indicative of parallel processing, and functionally similar to each other, which is indicative of serial processing. Thus, auditory cortical processing may be similar to the serial and parallel “what” and “where” processing by the primate visual cortex. If “where” information is serially processed in the primate auditory cortex, neurons in cortical areas along this pathway should have progressively better spatial tuning properties. This prediction is supported by recent experiments that have shown that neurons in the caudomedial field have better spatial tuning properties than neurons in the primary auditory cortex. Neurons in the caudomedial field are also better than primary auditory cortex neurons at predicting the sound localization ability across different stimulus frequencies and bandwidths in both azimuth and elevation. These data support the hypothesis that the primate auditory cortex processes acoustic information in a serial and parallel manner and suggest that this may be a general cortical mechanism for sensory perception.

The spatial patterns of beta-amyloid (Abeta) deposits and neurofibrillary tangles (NFT) in late-onset sporadic Alzheimer's disease

The spatial patterns of beta-amyloid (Abeta) deposits and neurofibrillary tangles (NFT) were studied in areas of the cerebral cortex in 16 patients with the late-onset, sporadic form of Alzheimer’s disease (AD). Diffuse, primitive, and classic Abeta deposits and NFT were aggregated into clusters; the clusters being regularly distributed parallel to the pia mater in many areas. In a significant proportion of regions, the sizes of the regularly distributed clusters approximated to those of the cells of origin of the cortico-cortical projections. The diffuse and primitive Abeta deposits exhibited a similar range of spatial patterns but the classic Abeta deposits occurred less frequently in large clusters >6400microm. In addition, the NFT often occurred in larger regularly distributed clusters than the Abeta deposits. The location, size, and distribution of the clusters of Abeta deposits and NFT supports the hypothesis that AD is a 'disconnection syndrome' in which degeneration of specific cortico-cortical and cortico-hippocampal pathways results in synaptic disconnection and the formation of clusters of NFT and Abeta deposits.

Neuropathological changes in striate and extrastriate visual cortex in variant Creutzfeldt-Jakob disease (vCJD)

Pathological changes in striate (B17, V1) and extrastriate (B18, V2) visual cortex were studied in variant Creutzfeldt-Jakob disease (vCJD). No differences in densities of vacuoles or surviving neurons were observed in B17 and B18 but densities of glial cell nuclei and deposits of prion protein (PrP) were greater in B18. PrP deposit densities in B17 and B18 were positively correlated. Diffuse deposit density in B17 was negatively correlated with the density of surviving neurons in B18. The vacuoles either exhibited a density peak in laminae II/III and V/VI or were more uniformly distributed across the laminae. Diffuse deposits were most frequent in laminae II/III and florid deposits more generally distributed. In B18, the surviving neurons were more consistently bimodally distributed and the glial cell nuclei most abundant in laminae V/VI than in B17. Hence, both striate and extrastriate visual cortex is affected by the pathology of vCJD, the pathological changes being most severe in B18. Neuronal degeneration in B18 appears to be associated with diffuse PrP deposit formation in B17. These data suggest that the short cortico-cortical connections between B17 and B18 and the pathways to subcortical visual areas are compromised in vCJD.

Clustering and spatial correlations of the neuronal cytoplasmic inclusions, astrocytic plaques and ballooned neurons in corticobasal degeneration

This study tested three hypotheses: (1) that there is clustering of the neuronal cytoplasmic inclusions (NCI), astrocytic plaques (AP) and ballooned neurons (BN) in corticobasal degeneration (CBD), (2) that the clusters of NCI and BN are not spatially correlated, and (3) that the lesions are correlated with disease ‘stage’. In 50% of the regions, clusters of lesions were 400–800 µm in diameter and regularly distributed parallel to the tissue boundary. Clusters of NCI and BN were larger in laminae II/III and V/VI, respectively. In a third of regions, the clusters of BN and NCI were negatively spatially correlated. Cluster size of the BN in the parahippocampal gyrus (PHG) was positively correlated with disease ‘stage’. The data suggest the following: (1) degeneration of the cortico-cortical pathways in CBD, (2) clusters of NCI and BN may affect different anatomical pathways and (3) BN may develop after the NCI in the PHG.