Cerebral regions associated with verbal response initiation, suppression and strategy use

Cerebral activation associated with performance on a novel task involving two conditions was investigated with functional magnetic resonance imaging (fMRI). In the response initiation condition, subjects nominated the general superordinate category to which each of a series of exemplars (concrete nouns) belonged. In the response suppression condition, subjects were required to nominate a general superordinate category to which each exemplar did not belong, with the instruction that they were not to nominate the same category response twice in a row. Both conditions produced distinct patterns of activation relative to an articulation control condition employing identical stimuli. When initiation and suppression conditions were directly compared, response suppression produced activation in the right frontal pole, orbital frontal cortex and anterior cingulate, left dorsolateral prefrontal cortex and posterior cingulate, and bilaterally in the precuneus, visual association cortex and cerebellum. Response latencies were significantly longer in the suppression condition. Two broadly-defined strategies associated with the correct production of words during the suppression condition were a self-ordered selection from among the superordinate categories identified during the first section of the task and the generation of novel category responses. The neuroanatomical correlates of response initiation, suppression and strategy use are discussed, as are the respective roles of response suppression and strategy generation.

Redução de peso na prevenção primária de acidente vascular cerebral

Como as doenças cardiovasculares (DCV) constituem a principal causa de morte na maioria dos países e as tendências de mortalidade não se apresentam totalmente elucidadas nos países em desenvolvimento, torna-se adequado explorar a evolução da mortalidade das DCV, dando ênfase ao acidente vascular cerebral (AVC) no Brasil. Devido à prevalência de AVC e também devido à associação causal entre sobrepeso ou obesidade e AVC não ser clara, é importante avaliar o efeito da perda de peso na prevenção primária de AVC. Baseado no fato do rimonabant ser a primeira droga de uma nova classe de medicamentos promissora não apenas na redução de peso, mas por sua influência sobre os fatores de risco cardiovascular, torna-se pertinente estabelecer sua eficácia e segurança. Inicialmente, para traçar um panorama sobre a epidemiologia das DCV no Brasil, com ênfase em AVC, foram realizados dois estudos com as tendências temporais de mortalidade por DCV ao longo das três últimas décadas, investigando as diferenças entre as regiões do país e entre indivíduos de diversas faixas etárias e de ambos os sexos, (artigo I e II). Além disso, duas revisões sistemáticas foram realizadas: uma para avaliar o efeito da perda de peso na prevenção primária de AVC; a segunda para investigar o uso do medicamento rimonabant no tratamento da obesidade (artigo III e IV). As taxas de mortalidade de AVC diminuíram substancialmente nas últimas três décadas, de 68,2 a 40,9 por 100 000 habitantes. Essa redução foi detectada em ambos os sexos de todas as faixas etárias, e nas diferentes regiões do país, sendo mais acentuadas nas regiões mais ricas (artigo I). A mesma tendência foi observada nas demais DCV, que em geral apresentaram uma redução anual média de 3,9%. As maiores reduções foram encontradas para AVC (média de 4,0% ao ano) seguido por doença coronariana (média de 3,6% ao ano) (artigo II). Não existem estudos avaliando o efeito da redução de peso na prevenção primária de AVC (artigo III). Houve um efeito doseresposta com o uso do rimonabant: comparado com placebo, 20 mg da droga produziu uma redução de peso maior (4,9 kg) em 4 ensaios clínicos com duração de 1 ano. Foram observadas melhoras nos marcadores de risco cardiovascular. Porém 5 mg comparado com placebo mostrou apenas uma redução de 1,3 kg a mais do peso. A maior dose também provocou maiores efeitos adversos. Perdas no seguimento foram de aproximadamente 40% (artigo IV). Durante as últimas décadas, a mortalidade por DCV em geral e AVC diminiu consistentemente no Brasil, porém a magnitude do declínio variou de acordo com as diferenças socioeconômicas. Amplas intervenções poderiam ter mais êxito se planejadas de acordo com as desigualdades sociais e diferenças culturais. Os achados apontam para a necessidade da realização de ensaios clínicos randomizados controlados avaliando a perda de peso na prevenção primária do AVC, devido à alta relevância dessa condição. Como intervenções não são totamente eficazes no tratamento da obesidade, a prevenção, englobando um conjunto articulado de ações, permanece a forma mais eficiente de controlá-la. O medicamento rimonabant apresentou modesta perda de peso, porém os resultados obtidos devem ser interpretados com cautela de acordo com as deficiências na qualidade metodológica apresentadas por todos os estudos. São necessárias pesquisas de alta qualidade para avaliar a eficácia e a segurança do rimonabant em períodos mais longos.

Avaliação das habilidades de compreensão e expressão em criança com paralisia cerebral através do uso da comunicação alternativa: contribuições para uma Investigação Transcultural

A linguagem e a comunicação são certamente as aquisições mais notáveis e significativas no processo de evolução humana. A fala é apenas um das formas da linguagem, embora seja a mais empregada pelo ser humano. Cerca de uma em cada duzentas pessoas é incapaz de comunicar-se através da fala devido a problemas neurológicos, físicos, emocionais e cognitivos, como é o caso das pessoas com paralisia cerebral, autismo, deficiência intelectual e alterações cognitivas. Nestes casos, pode ser necessário o uso da comunicação alternativa. A Comunicação Alternativa é definida como qualquer forma de comunicação diferente da fala, como o uso gestos manuais, expressões faciais e corporais, símbolos gráficos, linguagem alfabética, voz digitalizada ou sintetizada dentre outros, e é utilizada em contextos de comunicação face a face. O objetivo do presente trabalho é descrever e analisar os padrões comunicativos de duas crianças de doze anos de idade, Tereza, com paralisia cerebral não oralizada que faz uso de sistema alternativo de comunicação, e Alicia, com desenvolvimento normal e que faz uso da fala (sujeito controle). Este estudo faz parte de um projeto transcultural cujo objetivo é descrever como ocorre a compreensão e a expressão de determinados tipos de enunciados gráficos em crianças e jovens de diferentes idades e em diferentes países que utilizam sistemas alternativos de comunicação, e como estes enunciados são compreendidos por seus parceiros - pais, professores e pares. O sistema de comunicação utilizado pela criança com paralisia cerebral consistia de fotografias e do sistema PCS (Picture Communication System), no formato de um livro de comunicação. Para a coleta de dados foram utilizados os seguintes instrumentos: entrevistas semi-estruturadas com os pais e professora de Tereza, Tereza e Alicia; avaliação do sistema de comunicação e da educação da criança realizada pelos pais e pela professora de Tereza; instrumentos normatizados de avaliação da inteligência, da linguagem receptiva, aplicados em ambas as participantes; instrumento aplicado em Tereza para avaliar suas habilidades motoras; tarefas comunicativas aplicadas às duas meninas (provas de compreensão e produção). Os dados revelaram maior competência e conhecimento da mãe quanto ao uso do sistema de comunicação alternativa, bem como no favorecimento do desenvolvimento da linguagem alternativa da criança especial. O envolvimento da professora quanto ao emprego da comunicação alternativa por Tereza em sala de aula foi limitado. Os dados também ressaltaram dificuldades na linguagem compreensiva e expressiva de Tereza que pareceram estar relacionadas à falta de vivência, ao reduzido uso da linguagem alternativa por parte dos interlocutores da criança, bem como à diferença entre as organizações sintáticas da linguagem gráfica e da linguagem oral. Os resultados revelaram portanto a dificuldade de Tereza nas tarefas comunicativas, mas também apontaram para a necessidade de um treinamento mais sistemático no uso desses sistemas direcionados a esses jovens especiais e seus interlocutores.

Efeito da vibração gerada em plataforma oscilante/vibratória em indivíduos com síndrome metabólica ou paralisia cerebral

A realização de atividade física regular é uma intervenção não farmacológica com grandes benefícios para melhora da qualidade de vida, redução da morbidade e da mortalidade de disfunções cardiorrespiratórias, controle da síndrome metabólica (SM), bem como no manejo de portadores de distúrbios neurológicos como na paralisia cerebral (PC). Os exercícios de vibração de corpo inteiro (EVCI) são produzidos quando o indivíduo está em contato com a base de uma plataforma oscilante/vibratória (POV) ligada devido a efeitos de vibrações sinusoidais e deterministas produzidas por essas plataformas. Os EVCI têm sido utilizados por pessoas treinadas e não treinadas e no tratamento de pacientes com diferentes desordens clínicas. Efeitos biológicos como aumento da flexibilidade e da força muscular são relatados através da realização destes exercícios. O objetivo deste estudo foi investigar os efeitos das vibrações geradas em POV em pacientes com SM ou com PC. Em relação aos estudos com SM, foi realizada uma busca no banco de dados PubMed para a palavra-chave flexibilidade e sua relação com os EVCI, bem como um estudo de caso sobre o efeito dos EVCI na flexibilidade de paciente com SM. Em relação à investigação com PC, revisão sistemática foi realizada sobre os efeitos dos EVCI em portadores de PC através de pesquisas nas bases de dados PubMed, Cochrane Library, Cinahl (Ebsco Host), PEDro, Science Direct and Scopus. Os resultados obtidos através do uso de protocolo de EVCI com baixa frequência (5 a 14 Hz) foi verificado aumento da flexibilidade anterior de tronco em paciente com SM e parece haver uma estabilização desta medida ao longo do protocolo proposto de onze sessões. Um importante número de publicações é encontrado no PubMed para a palavra-chave flexibilidade e os achados de nossa investigação revelam que há interesse em avaliar o efeito dos EVCI na flexibilidade dos indivíduos. Os efeitos pesquisados em pacientes com PC incluem fortalecimento muscular, redução da espasticidade, aumento na flexibilidade, aumento de densidade mineral óssea e melhora do controle postural. Em conclusão, a análise dos estudos apresentados permite sugerir que os EVCI podem ser uma modalidade de intervenção segura para portadores de SM, melhorando a flexibilidade anterior de tronco. Além disso, a revisão realizada mostra melhora da flexibilidade em vários grupos estudados. Para portadores de PC, foi verificado que os EVCI melhoram vários parâmetros clínicos de portadores, porém, como os protocolos não são descritos com detalhes, as evidências para uma definição de melhores parâmetros para esta população permanecem inconclusiva.

Neurons characterization in the cerebral ganglia of the green-lipped mussel, Perna canaliculus, using antibodies raised against neuropeptides and neurotransmitters involved in gastropod egg-laying behaviour and bivalve reproduction and spawning

Immunohistochemical techniques were used to characterise central neurons in the cerebral ganglia of both male and female Perna canaliculus. We used mollusc antibodies raised against neuropeptides and neurotransmitters known to control reproduction and spawning. Anti-ELH and anti-APGWamide showed very strong immunoreactivity in small type of neurons. Anti-5-HT and anti-DA immunoreactivity was mostly in large type of neurons. The labelled neurons are consistent with descriptions of neurosecretory cells implicated in the control of reproduction and spawning on the basis of earlier histological staining techniques used in this species. The use of selective immunological markers for peptides and amines appears to be a promising tool for further characterisation of neurosecretory cells, and to isolate and characterise neuropeptides and other biologically active materials involved in the control of reproduction in Perna canaliculus.

The effect of concentration and duration of normobaric oxygen in reducing caspase-3 and -9 expression in a rat-model of focal cerebral ischaemia.

The aim of this study was to determine the effect of different concentrations of normobaric oxygen (NBO) on neurological function and the expression of caspase-3 and -9 in a rat model of acute cerebral ischaemia. Sprague-Dawley rats (n=120) were randomly divided into four groups (n=30 per group), including 3 groups given NBO at concentrations of 33%, 45% or 61% and one control group given air (21% oxygen). After 2 h of ischaemic occlusion, each group was further subdivided into six subgroups (n=5) during reperfusion according to the duration (3, 6, 12, 24, 48 or 72 h) and concentration of NBO (33%, 45% or 61%) or air treatment. The Fluorescence Quantitative polymerase chain reaction (PCR) and immunohistochemistry were used to detect caspase-3 and -9 mRNA and protein relative expression respectively. The Neurologic Impairment Score (NIS) was significantly lower in rats given 61% NBO ≥3 h after reperfusion when compared to the control group (P<0.05, Mann–Whitney U). NBO significantly reduced caspase-3 and -9 mRNA and protein expression when compared to the control group at all NBO concentrations and time points (P<0.05, ANOVA). The expression of caspase-3 and -9 was lower in the group given 61% NBO compared any other group, and this difference was statistically significant when compared to the group given 33% NBO for ≥48 h and the control group (both P<0.05, ANOVA). These findings indicate that NBO may inhibit the apoptotic pathway by reducing caspase-3 and -9 expression, thereby promoting neurological functional recovery after stroke.

Cognitive control of movement via the cerebellar-recipient thalamus.

The cognitive control of behavior was long considered to be centralized in cerebral cortex. More recently, subcortical structures such as cerebellum and basal ganglia have been implicated in cognitive functions as well. The fact that subcortico-cortical circuits for the control of movement involve the thalamus prompts the notion that activity in movement-related thalamus may also reflect elements of cognitive behavior. Yet this hypothesis has rarely been investigated. Using the pathways linking cerebellum to cerebral cortex via the thalamus as a template, we review evidence that the motor thalamus, together with movement-related central thalamus have the requisite connectivity and activity to mediate cognitive aspects of movement control.

Accommodative dysfunction in children with cerebral palsy: a population based study

Purpose. To determine the prevalence, nature, and degree of accommodative dysfunction among children with different types and severities of cerebral palsy (CP) in Northern Ireland. Methods. Ninety subjects with CP (aged 4–15 years) were recruited through the Northern Ireland CP Register (NICPR). Modified Nott dynamic retinoscopy was used to measure lag and lead of accommodation at three test distances: 25 cm (4 D), 16.7 cm (6 D), and 10 cm (10 D) with the distance correction in place. Accommodative function was also assessed in an age-matched control group (n = 125) for comparison. Each subject’s neurologic status was derived from the NICPR. Results. Children with CP demonstrate significantly reduced accommodative responses compared with their neurologically normal peers. Of the subjects with CP, 57.6% demonstrated an accommodative lag outside normal limits at one or more distances. Reduced accommodative responses were significantly associated with more severe motor and intellectual impairments (ANOVA P = 0.001, P < 0.01, respectively). Conclusions. Brain injury such as that present in CP has a significant impact on accommodative function. These findings have implications for the optometric care of children with CP and inform our understanding of the impact of early brain injury on visual development.

How position, velocity, and temporal information combine in the prospective control of catching:data and model

The cerebral cortex contains circuitry for continuously computing properties of the environment and one's body, as well as relations among those properties. The success of complex perceptuomotor performances requires integrated, simultaneous use of such relational information. Ball catching is a good example as it involves reaching and grasping of visually pursued objects that move relative to the catcher. Although integrated neural control of catching has received sparse attention in the neuroscience literature, behavioral observations have led to the identification of control principles that may be embodied in the involved neural circuits. Here, we report a catching experiment that refines those principles via a novel manipulation. Visual field motion was used to perturb velocity information about balls traveling on various trajectories relative to a seated catcher, with various initial hand positions. The experiment produced evidence for a continuous, prospective catching strategy, in which hand movements are planned based on gaze-centered ball velocity and ball position information. Such a strategy was implemented in a new neural model, which suggests how position, velocity, and temporal information streams combine to shape catching movements. The model accurately reproduces the main and interaction effects found in the behavioral experiment and provides an interpretation of recently observed target motion-related activity in the motor cortex during interceptive reaching by monkeys. It functionally interprets a broad range of neurobiological and behavioral data, and thus contributes to a unified theory of the neural control of reaching to stationary and moving targets.

The role of the cerebral cortex in postural responses to externally induced perturbations

The ease with which we avoid falling down belies a highly sophisticated and distributed neural network for controlling reactions to maintain upright balance. Although historically these reactions were considered within the sub cortical domain, mounting evidence reveals a distributed network for postural control including a potentially important role for the cerebral cortex. Support for this cortical role comes from direct measurement associated with moments of induced instability as well as indirect links between cognitive task performance and balance recovery. The cerebral cortex appears to be directly involved in the control of rapid balance reactions but also setting the central nervous system in advance to optimize balance recovery reactions even when a future threat to stability is unexpected. In this review the growing body of evidence that now firmly supports a cortical role in the postural responses to externally induced perturbations is presented. Moreover, an updated framework is advanced to help understand how cortical contributions may influence our resistance to falls and on what timescale. The implications for future studies into the neural control of balance are discussed.

Dual studies on autonomic function and cerebral autoregulation in ischemic stroke patients

Tese de mestrado, Neurociências, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2015

Influência do alinhamento do pé nos Ajustes Posturais Antecipatórios em crianças com Paralisia Cerebral

Introdução: A dificuldade na organização dos ajustes posturais antecipatórios (APAs) é frequentemente associada ao défice de controlo postural (CP) em crianças/jovens com um quadro motor de hemiplegia espástica, resultante de paralisia cerebral. As alterações biomecânicas da tibiotársica e do pé são características comummente observadas nestas crianças/jovens e influenciam o CP na sua globalidade. Objectivo(s): descrever o comportamento dos APAs associados ao início da marcha, face à modificação do alinhamento do pé em crianças/jovens com hemiplegia espástica, após 12 semanas de intervenção, segundo o Conceito Bobath-TND e aplicação de uma Ligadura Funcional (LF). Métodos: Foram avaliadas quatro crianças/jovens num momento inicial (M0) e após 12 semanas de intervenção e de aplicação de uma LF (M1). Recorrendo à eletromiografia de superfície, registaram-se os timings de activação dos músculos tibial anterior, solear, recto abdominal e erector da espinha (bilateralmente). O início do movimento foi calculado a partir da alteração do sinal obtido através da plataforma de pressões. Recorreu-se à aplicação da TMFM-88 para avaliar a função motora global e à aplicação da CIF-CJ para classificar a funcionalidade mediante as actividades e a participação. Procedeu-se ao registo de imagem para facilitar a observação/avaliação das componentes de movimento das crianças/jovens em estudo. Resultados: Após o período de intervenção, verificou-se uma modificação nos valores dos timings de ativação dos músculos em análise, que se aproximaram da janela temporal definida como APAs, bem como na distribuição de carga na base de suporte, nos scores da TMFM-88 e nos qualificadores das “Actividades e Participação”, sugestivos de uma melhor organização dos mecanismos de controlo postural. Conclusão: As crianças/jovens em estudo evidenciaram, após uma intervenção de fisioterapia baseada no Conceito Bobath- TND e aplicação de uma LF, uma evolução favorável tanto ao nível do CP da tibiotársica e do pé, apresentando timings de ativação muscular temporalmente mais ajustados à tarefa, com repercussões positivas nas actividades e participação.

Identifying the neural correlates of executive functions in early cerebral microangiopathy: a combined VBM and DTI study.

Cerebral microangiopathy (CMA) has been associated with executive dysfunction and fronto-parietal neural network disruption. Advances in magnetic resonance imaging allow more detailed analyses of gray (e.g., voxel-based morphometry-VBM) and white matter (e.g., diffusion tensor imaging-DTI) than traditional visual rating scales. The current study investigated patients with early CMA and healthy control subjects with all three approaches. Neuropsychological assessment focused on executive functions, the cognitive domain most discussed in CMA. The DTI and age-related white matter changes rating scales revealed convergent results showing widespread white matter changes in early CMA. Correlations were found in frontal and parietal areas exclusively with speeded, but not with speed-corrected executive measures. The VBM analyses showed reduced gray matter in frontal areas. All three approaches confirmed the hypothesized fronto-parietal network disruption in early CMA. Innovative methods (DTI) converged with results from conventional methods (visual rating) while allowing greater spatial and tissue accuracy. They are thus valid additions to the analysis of neural correlates of cognitive dysfunction. We found a clear distinction between speeded and nonspeeded executive measures in relationship to imaging parameters. Cognitive slowing is related to disease severity in early CMA and therefore important for early diagnostics.

The Influence of Cerebral Blood Flow and Carbon Dioxide on Neuromuscular Responses During Environmental Stress

Although reductions in cerebral blood flow (CBF) may be implicated in the development of central fatigue during environmental stress, the contribution from hypocapnia-induced reductions in CBF versus reductions in CBF per se has yet to be isolated. The current research program examined the influence of CBF, with and without consequent hypocapnia, on neuromuscular responses during hypoxia and passive heat stress. To this end, neuromuscular responses, as indicated by motor evoked potentials (MEP), maximal M-wave (Mmax) and cortical voluntary activation (cVA) of the flexor carpi radialis muscle during isometric wrist flexion, was assessed in three separate projects: 1) hypocapnia, independent of concomitant reductions in CBF; 2) altered CBF during severe hypoxia and; 3) thermal hyperpnea-mediated reductions in CBF, independent of hypocapnia. All projects employed a custom-built dynamic end-tidal forcing system to control end-tidal PCO2 (PETCO2), independent of the prevailing environmental conditions, and cyclooxygenase inhibition using indomethacin (Indomethacin, 1.2 mg·Kg-1) to selectively reduce CBF (estimated using transcranial Doppler ultrasound) without changes in PETCO2. A primary finding of the present research program is that the excitability of the corticospinal tract is inherently sensitive to changes in PaCO2, as demonstrated by a 12% increase in MEP amplitude in response to moderate hypocapnia. Conversely, CBF mediated reductions in cerebral O2 delivery appear to decrease corticospinal excitability, as indicated by a 51-64% and 4% decrease in MEP amplitude in response to hypoxia and passive heat stress, respectively. The collective evidence from this research program suggests that impaired voluntary activation is associated with reductions in CBF; however, it must be noted that changes in cVA were not linearly correlated with changes in CBF. Therefore, other factors independent of CBF, such as increased perception of effort, distress or discomfort, may have contributed to the reductions in cVA. Despite the functional association between reductions in CBF and hypocapnia, both variables have distinct and independent influence on the neuromuscular system. Therefore, future studies should control or acknowledge the separate mechanistic influence of these two factors.

Enhancement of [m-methoxy 3H]MDL100907 binding to 5HT 2A receptors in cerebral cortex and brain stem of streptozotocin induced diabetic rats

5-Hydroxytryptamine2A (5-HT2A) receptor kinetics was studied in cerebral cortex and brain stem of streptozotocin (STZ) induced diabetic rats. Scatchard analysis with [3H] (±) 2,3dimethoxyphenyl-l-[2-(4-piperidine)-methanol] ([3H]MDL100907) in cerebral cortex showed no significant change in maximal binding (Bmax) in diabetic rats compared to controls. Dissociation constant (K) of diabetic rats showed a significant decrease (p < 0.05) in cerebral cortex, which was reversed to normal by insulin treatment. Competition studies of [3H]MDL100907 binding in cerebral cortex with ketanserin showed the appearance of an additional low affinity site for 5-HT2A receptors in diabetic state, which was reversed to control pattern by insulin treatment. In brain stem, scatchard analysis showed a significant increase (p < 0.05) in Bmax accompanied by a significant increase (p < 0.05) in Kd. Competition analysis in brain stem also showed a shift in affinity towards a low affinity State for 5-HT2A receptors. All these parameters were reversed to control level by insulin treatment. These results show that in cerebral cortex there is an increase in affinity of 5-HT2A receptors without any change in its number and in the case of brain stem there is an increase in number of 5HT2A receptors accompanied by a decrease in its affinity during diabetes. Thus, from the results we suggest that the increase in affinity of 5-HT2A receptors in cerebral cortex and upregulation of 5-HT2A receptors in brain stem may lead to altered neuronal function in diabetes.