Implications d'AXIN2 et de l'instabilité microsatellite dans le développement des tumeurs du cortex-surrénalien

Les lésions tumorales cortico-surrénaliennes sont majoritairement des adénomes bénins et très rarement des carcinomes. Les altérations génétiques impliquées dans le développement des tumeurs cortico-surrénaliennes sporadiques, plus particulièrement au stade malin, demeurent à ce jour très peu connues. Lors de travaux récents menant à l’identification d’altérations génétiques de β-CATÉNINE nous avons constaté que plusieurs tumeurs présentaient une accumulation nucléo/cytoplasmique de la protéine β-CATÉNINE sans toutefois contenir de mutations pour ce gène. Nous avons donc émis l’hypothèse que, comme pour d’autres types de cancers, d’autres composants de la voie de signalisation Wnt/β-CATÉNINE, tel qu’AXIN2, pourrait être impliqués dans le développement des tumeurs du cortex surrénalien. De plus, plusieurs aberrations dans l’expression d’AXIN2 et de β-CATÉNINE sont associées à des tumeurs présentant de l’instabilité microsatellite dans d’autres types de cancer, notamment le cancer gastrique et colorectal. Nous avons donc étudié une cohorte de 30 adénomes, 6 carcinomes, 5 AIMAH, 3 hyperplasies ACTH-dépendante et 5 PPNAD ainsi que les lignées cellulaires de carcinomes cortico-surrénaliens humains H295R et SW13. Une étude préliminaire du statut MSI a également été réalisée sur 10 tumeurs contenant une mutation pour AXIN2 et/ou β-CATÉNINE. Nous avons trouvé des mutations d’AXIN2 dans 7% des adénomes (2/30) et 17% des carcinomes (1/6) cortico-surrénaliens. L’analyse fonctionnelle des mutations par immunohistochimie, analyse western blot et analyse de RT-PCR en temps réel a révélé une diminution de l’expression d’AXIN2 associée à cette mutation. L’analyse préliminaire MSI a démontré 1 échantillon AIMAH MSI-H, c’est-à-dire instable pour le locus BAT-25 et BAT-26 et 3 autres adénomes sécrétant de l’aldostérone instables seulement pour le locus BAT-26. Ainsi, ces travaux permirent d’identifier une nouvelle altération génétique associée au développement des tumeurs du cortex surrénalien en plus de rapporter pour la première fois la présence de MSI-H dans ce type de tumeurs.

Traitement vocal et vieillissement normal : apports comportementaux et neurofonctionnels

La voix est tout sauf un stimulus auditif ordinaire. Pour cause, elle prend son importance de manière très précoce chez l’Homme lorsque, dans l’environnement amniotique, le fœtus entend pour la toute première fois la voix de sa mère. C’est en quelque sorte par l’intermédiaire de cette voix que les premiers contacts avec le monde extérieur, mais également avec l’Autre, s’effectuent. Le statut particulier de la voix humaine perdure au fil du développement, devenant plus tard le principal médium véhiculant le langage oral, si significatif pour l’Homme. En parallèle, et de manière tout aussi adaptative, elle permet la transmission d’informations non langagières renseignant sur l’identité, l’état émotionnel mais également le statut social de chaque individu. C’est ainsi que simplement en entendant la voix d’une personne inconnue, il est généralement possible d’en extrapoler son âge, son genre, mais également d’avoir une idée assez précise de l’état émotionnel dans lequel elle se trouve. Les capacités permettant d’extraire de la voix les divers éléments informationnels qu’elle contient ne seraient toutefois pas stables au fil du temps. Ainsi, le vieillissement normal semble associé à des difficultés de traitement des informations vocales de nature langagière, mais également non langagière. De nombreuses études se sont intéressées au déclin des capacités de traitement du discours avec l’âge. Beaucoup moins de travaux ont cependant considéré les conséquences du vieillissement sur le domaine paralinguistique et, lorsque des travaux s’y sont attardés, c’est essentiellement la sphère affective qui a été investiguée. En raison de ce peu d’études, mais également de leur focus portant spécifiquement sur la sphère émotionnelle, il est extrêmement ardu de généraliser les résultats obtenus au traitement vocal général. La présente thèse s’est donc intéressée aux capacités de traitement de la voix dans le vieillissement normal. La première étude de cette thèse (Article 1) avait pour objectif d’évaluer l’impact du vieillissement normal sur les capacités comportementales de traitement paralinguistique vocal non émotionnel. Pour ce faire, une batterie informatisée composée de quatre tâches a été élaborée : la batterie d’évaluation de la perception vocale (Batterie EPV; tâches de catégorisation de genre, de discrimination de sources sonores, adaptative de discrimination et de mémorisation). Cette batterie permettait de comparer les performances d’adultes jeunes et âgés lors du traitement de stimuli vocaux et non vocaux, mais également lors du traitement de divers stimuli vocaux. Cette première étude met en évidence, pour trois des quatre tâches comportementales, des performances inférieures chez les adultes âgés et ce, malgré le contrôle statistique des contributions du déclin auditif et cognitif. Pour les aînés, le traitement de stimuli vocaux, en comparaison au traitement de stimuli non vocaux, n’était toutefois pas systématiquement inférieur à celui des jeunes adultes. Sans que les performances ne puissent être prédites par la mesure cognitive utilisée comme covariable (performances au MoCA), il appert que les demandes cognitives inhérentes aux tâches participent à ces différences intergroupes. Le second article de ce travail visait quant à lui à explorer à l’aide de l’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf), l’influence du vieillissement normal sur les réseaux neuronaux sous-tendant le traitement de l’information vocale, une telle investigation n’ayant jamais été effectuée auparavant. Pour ce faire, une tâche d’écoute passive (permettant le contraste de blocs de sons vocaux et non vocaux) ainsi qu’une tâche adaptative de discrimination ont été utilisées. La tâche adaptative, basée sur une type de protocole psycoacoustique « up-down », assurait l’obtention de niveau de performance équivalent entre les deux groupes, une condition nécessaire pour la comparaison de groupe au niveau neurofonctionnel. La comparaison des adultes jeunes et âgés n’a mis en évidence aucune disparité quant au recrutement des aires répondant préférentiellement à la voix : les aires vocales temporales (AVT). Ce résultat suggère que l’âge n’affecte pas la mobilisation des aires spécialisées dans le traitement de la voix. Néanmoins, à l’extérieur des AVT et chez les aînés, le sous recrutement d’une portion du cortex auditif a été observé, en parallèle au recrutement additionnel de régions pariétale, temporale et frontale (Article 2 – Étude 1). Lors de la réalisation d’une tâche adaptative de discrimination, contrairement à ce qui était attendu, les seuils de discrimination des deux groupes d’âges étaient comparables. Pour effectuer la tâche, les participants âgés ont cependant recruté un réseau neuronal plus étendu que celui des jeunes adultes, et pour les aînés, l’activation additionnelle de régions frontale et temporale sous-tendaient la réalisation de la tâche (Article 2 - Étude 2). Les données comportementales présentées dans cette thèse suggèrent que l’effet délétère que semble avoir le vieillissement normal sur les capacités de traitement paralinguistique vocal affectif est également retrouvé lors du traitement d’informations vocales émotionnellement neutres. En parallèle, la mise en place de phénomènes de plasticité cérébrale est objectivée. Ces derniers ne toucheraient cependant pas les réseaux spécialisés dans le traitement de la voix, qui seraient recrutés de manière comparable par les adultes jeunes et âgés. Néanmoins, la tâche d’écoute passive a mis en évidence la présence, chez les aînés, du recrutement sous-optimal d’une portion du cortex auditif (gyrus temporal transverse). En parallèle, et ce pour les deux tâches, des réseaux neuronaux surnuméraires étaient sollicitées par les adultes âgés, permettant potentiellement d’assurer, chez les ainés, le maintien de performances adéquates.

Étude du cortex prémoteur et préfrontal lors de la prise de décision pendant l'intégration temporelle des informations

Une variété de modèles sur le processus de prise de décision dans divers contextes présume que les sujets accumulent les évidences sensorielles, échantillonnent et intègrent constamment les signaux pour et contre des hypothèses alternatives. L'intégration continue jusqu'à ce que les évidences en faveur de l'une des hypothèses dépassent un seuil de critère de décision (niveau de preuve exigé pour prendre une décision). De nouveaux modèles suggèrent que ce processus de décision est plutôt dynamique; les différents paramètres peuvent varier entre les essais et même pendant l’essai plutôt que d’être un processus statique avec des paramètres qui ne changent qu’entre les blocs d’essais. Ce projet de doctorat a pour but de démontrer que les décisions concernant les mouvements d’atteinte impliquent un mécanisme d’accumulation temporelle des informations sensorielles menant à un seuil de décision. Pour ce faire, nous avons élaboré un paradigme de prise de décision basée sur un stimulus ambigu afin de voir si les neurones du cortex moteur primaire (M1), prémoteur dorsal (PMd) et préfrontal (DLPFc) démontrent des corrélats neuronaux de ce processus d’accumulation temporelle. Nous avons tout d’abord testé différentes versions de la tâche avec l’aide de sujets humains afin de développer une tâche où l’on observe le comportement idéal des sujets pour nous permettre de vérifier l’hypothèse de travail. Les données comportementales chez l’humain et les singes des temps de réaction et du pourcentage d'erreurs montrent une augmentation systématique avec l'augmentation de l'ambigüité du stimulus. Ces résultats sont cohérents avec les prédictions des modèles de diffusion, tel que confirmé par une modélisation computationnelle des données. Nous avons, par la suite, enregistré des cellules dans M1, PMd et DLPFc de 2 singes pendant qu'ils s'exécutaient à la tâche. Les neurones de M1 ne semblent pas être influencés par l'ambiguïté des stimuli mais déchargent plutôt en corrélation avec le mouvement exécuté. Les neurones du PMd codent la direction du mouvement choisi par les singes, assez rapidement après la présentation du stimulus. De plus, l’activation de plusieurs cellules du PMd est plus lente lorsque l'ambiguïté du stimulus augmente et prend plus de temps à signaler la direction de mouvement. L’activité des neurones du PMd reflète le choix de l’animal, peu importe si c’est une bonne réponse ou une erreur. Ceci supporte un rôle du PMd dans la prise de décision concernant les mouvements d’atteinte. Finalement, nous avons débuté des enregistrements dans le cortex préfrontal et les résultats présentés sont préliminaires. Les neurones du DLPFc semblent beaucoup plus influencés par les combinaisons des facteurs de couleur et de position spatiale que les neurones du PMd. Notre conclusion est que le cortex PMd est impliqué dans l'évaluation des évidences pour ou contre la position spatiale de différentes cibles potentielles mais assez indépendamment de la couleur de celles-ci. Le cortex DLPFc serait plutôt responsable du traitement des informations pour la combinaison de la couleur et de la position des cibles spatiales et du stimulus ambigu nécessaire pour faire le lien entre le stimulus ambigu et la cible correspondante.

Origine des projections sensorimotrices dans des sous-régions du cortex moteur primaire chez le singe capucin.

Certaines études ont démontrés que les connexions entre l’aire prémotrice ventrale (PMv) et la région de la main du cortex moteur primaire (M1) sont distribuées non-uniformément, ciblant des sous-régions spécifiques dans M1. Dans la présente étude nous avons voulu développer ces résultats en étudiant la distribution au sein de M1 des projections corticales issues de PMv, l’aire prémotrice dorsale (PMd), l’aire motrice supplémentaire (SMA) et les aires pariétales 1, 2 et 5. Pour se faire, nous avons combiné des approches électrophysiologiques et anatomiques chez trois singes naïfs du Nouveau Monde (Cebus apella) pour examiner l’organisation et la spécificité topographique des projections corticales dans M1. Nos résultats indiquent que quatre sous-régions à l’intérieur de la région dédiée à la main reçoivent des inputs prédominants de différentes aires sensorimotrices. Ces résultats suggèrent que des sous-régions de M1 puissent avoir des fonctions spécifiques pour le contrôle moteur de la main et des doigts.

A novel component of cannabis extract potentiates excitatory synaptic transmission in rat olfactory cortex in vitro

Cannabis is a potential treatment for epilepsy, although the few human studies supporting this use have proved inconclusive. Previously, we showed that a standardized cannabis extract (SCE), isolated Delta(9)-tetrahydrocannabinol (Delta(9)-THC), and even Delta(9)-THC-free SCE inhibited muscarinic agonist-induced epileptiform bursting in rat olfactory cortical brain slices, acting via CB1 receptors. The present work demonstrates that although Delta(9)-THC (1microM) significantly depressed evoked depolarizing postsynaptic potentials (PSPs) in rat olfactory cortex neurones, both SCE and Delta(9)-THC-free SCE significantly potentiated evoked PSPs (all results were fully reversed by the CB1 receptor antagonist SR141716A, 1microM); interestingly, the potentiation by Delta(9)-THC-free SCE was greater than that produced by SCE. On comparing the effects of Delta(9)-THC-free SCE upon evoked PSPs and artificial PSPs (aPSPs; evoked electrotonically following brief intracellular current injection), PSPs were enhanced, whereas aPSPs were unaffected, suggesting that the effect was not due to changes in background input resistance. Similar recordings made using CB1 receptor-deficient knockout mice (CB1(-/-)) and wild-type littermate controls revealed cannabinoid or extract-induced changes in membrane resistance, cell excitability and synaptic transmission in wild-type mice that were similar to those seen in rat neurones, but no effect on these properties were seen in CB1(-/-) cells. It appears that the unknown extract constituent(s) effects over-rode the suppressive effects of Delta(9)-THC on excitatory neurotransmitter release, which may explain some patients' preference for herbal cannabis rather than isolated Delta(9)-THC (due to attenuation of some of the central Delta(9)-THC side effects) and possibly account for the rare incidence of seizures in some individuals taking cannabis recreationally

Organizational effects of fetal testosterone on human corpus callosum size and asymmetry

Previous theory and research in animals has identified the critical role that fetal testosterone (FT) plays in organizing sexually dimorphic brain development. However, to date there are no studies in humans directly testing the organizational effects of FT on structural brain development. In the current study we investigated the effects of FT on corpus callosum size and asymmetry. High-resolution structural magnetic resonance images (MRI) of the brain were obtained on 28 8-11-year-old boys whose exposure to FT had been previously measured in utero via amniocentesis conducted during the second trimester. Although there was no relationship between FT and midsaggital corpus callosum size, increasing FT was significantly related to increasing rightward asymmetry (e.g., Right>Left) of a posterior subsection of the callosum, the isthmus, that projects mainly to parietal and superior temporal areas. This potential organizational effect of FT on rightward callosal asymmetry may be working through enhancing the neuroprotective effects of FT and result in an asymmetric distribution of callosal axons. We suggest that this possible organizational effect of FT on callosal asymmetry may also play a role in shaping sexual dimorphism in functional and structural brain development, cognition, and behavior.

Regional response differences across the human amygdaloid complex during social conditioning

The amygdala is consistently implicated in biologically relevant learning tasks such as Pavlovian conditioning. In humans, the ability to identify individual faces based on the social outcomes they have predicted in the past constitutes a critical form of associative learning that can be likened to “social conditioning.” To capture such learning in a laboratory setting, participants learned about faces that predicted negative, positive, or neutral social outcomes. Participants reported liking or disliking the faces in accordance with their learned social value. During acquisition, we observed differential functional magnetic resonance imaging activation across the human amygdaloid complex consistent with previous lesion, electrophysiological, and functional neuroimaging data. A region of the medial ventral amygdala and a region of the dorsal amygdala/substantia innominata showed signal increases to both Negative and Positive faces, whereas a lateral ventral region displayed a linear representation of the valence of faces such that Negative > Positive > Neutral. This lateral ventral locus also differed from the dorsal and medial loci in that the magnitude of these responses was more resistant to habituation. These findings document a role for the human amygdala in social learning and reveal coarse regional dissociations in amygdala activity that are consistent with previous human and nonhuman animal data.

Perceiving time to collision activates the sensorimotor cortex

The survival of many animals hinges upon their ability to avoid collisions with other animals or objects or to precisely control the timing of collisions. Optical expansion provides a compelling impression of object approach and in principle can provide the basis for judgments of time to collision (TTC) [1]. It has been demonstrated that pigeons [2] and houseflies [3] have neural systems that can initiate rapid coordinated actions on the basis of optical expansion. In the case of humans, the linkage between judgments of TTC and coordinated action has not been established at a cortical level. Using functional magnetic resonance imaging (fMRI), we identified superior-parietal and motor-cortex areas that are selectively active during perceptual TTC judgments, some of which are normally involved in producing reach-to-grasp responses. These activations could not be attributed to actual movement of participants. We demonstrate that networks involved in the computational problem of extracting TTC from expansion information have close correspondence with the sensorimotor systems that would be involved in preparing a timed motor response, such as catching a ball or avoiding collision.

Therapeutic potential of computer to cerebral cortex implantable devices

In this article, an overview of some of the latest developments in the field of cerebral cortex to computer interfacing (CCCI) is given. This is posed in the more general context of Brain-Computer Interfaces in order to assess advantages and disadvantages. The emphasis is clearly placed on practical studies that have been undertaken and reported on, as opposed to those speculated, simulated or proposed as future projects. Related areas are discussed briefly only in the context of their contribution to the studies being undertaken. The area of focus is notably the use of invasive implant technology, where a connection is made directly with the cerebral cortex and/or nervous system. Tests and experimentation which do not involve human subjects are invariably carried out a priori to indicate the eventual possibilities before human subjects are themselves involved. Some of the more pertinent animal studies from this area are discussed. The paper goes on to describe human experimentation, in which neural implants have linked the human nervous system bidirectionally with technology and the internet. A view is taken as to the prospects for the future for CCCI, in terms of its broad therapeutic role.

The future of human-machine interaction: implant technology

In this paper a look is taken at how the use of implant and electrode technology can be employed to create biological brains for robots, to enable human enhancement and to diminish the effects of certain neural illnesses. In all cases the end result is to increase the range of abilities of the recipients. An indication is given of a number of areas in which such technology has already had a profound effect, a key element being the need for a clear interface linking a biological brain directly with computer technology. The emphasis is placed on practical scientific studies that have been and are being undertaken and reported on. The area of focus is the use of electrode technology, where either a connection is made directly with the cerebral cortex and/or nervous system or where implants into the human body are involved. The paper also considers robots that have biological brains in which human neurons can be employed as the sole thinking machine for a real world robot body.

The primary somatosensory cortex largely contributes to the early part of the cortical response elicited by nociceptive stimuli.

Research on the cortical sources of nociceptive laser-evoked brain potentials (LEPs) began almost two decades ago (Tarkka and Treede, 1993). Whereas there is a large consensus on the sources of the late part of the LEP waveform (N2 and P2 waves), the relative contribution of the primary somatosensory cortex (S1) to the early part of the LEP waveform (N1 wave) is still debated. To address this issue we recorded LEPs elicited by the stimulation of four limbs in a large population (n=35). Early LEP generators were estimated both at single-subject and group level, using three different approaches: distributed source analysis, dipolar source modeling, and probabilistic independent component analysis (ICA). We show that the scalp distribution of the earliest LEP response to hand stimulation was maximal over the central-parietal electrodes contralateral to the stimulated side, while that of the earliest LEP response to foot stimulation was maximal over the central-parietal midline electrodes. Crucially, all three approaches indicated hand and foot S1 areas as generators of the earliest LEP response. Altogether, these findings indicate that the earliest part of the scalp response elicited by a selective nociceptive stimulus is largely explained by activity in the contralateral S1, with negligible contribution from the secondary somatosensory cortex (S2).

EEG activation differences in the pre-motor cortex and supplementary motor area between normal individuals with high and low traits of autism

The human mirror neuron system (hMNS) is believed to provide a basic mechanism for social cognition. Event-related desynchronization (ERD) in alpha (8–12 Hz) and low beta band (12–20 Hz) over sensori-motor cortex has been suggested to index mirror neurons' activity. We tested whether autistic traits revealed by high and low scores on the Autistic Quotient (AQ) in the normal population are linked to variations in the electroencephalogram (EEG) over motor, pre-motor cortex and supplementary motor area (SMA) during action observation. Results revealed that in the low AQ group, the pre-motor cortex and SMA were more active during hand action than static hand observation whereas in the high AQ group the same areas were active both during static and hand action observation. In fact participants with high traits of autism showed greater low beta ERD while observing the static hand than those with low traits and this low beta ERD was not significantly different when they watched hand actions. Over primary motor cortex, the classical alpha and low beta ERD during hand actions relative to static hand observation was found across all participants. These findings suggest that the observation–execution matching system works differently according to the degree of autism traits in the normal population and that this is differentiated in terms of the EEG according to scalp site and bandwidth.

Bifurcations and state changes in the human alpha rhythm: Theory and experiment

Despite many decades investigating scalp recordable 8–13-Hz (alpha) electroencephalographic activity, no consensus has yet emerged regarding its physiological origins nor its functional role in cognition. Here we outline a detailed, physiologically meaningful, theory for the genesis of this rhythm that may provide important clues to its functional role. In particular we find that electroencephalographically plausible model dynamics, obtained with physiological admissible parameterisations, reveals a cortex perched on the brink of stability, which when perturbed gives rise to a range of unanticipated complex dynamics that include 40-Hz (gamma) activity. Preliminary experimental evidence, involving the detection of weak nonlinearity in resting EEG using an extension of the well-known surrogate data method, suggests that nonlinear (deterministic) dynamics are more likely to be associated with weakly damped alpha activity. Thus rather than the “alpha rhythm” being an idling rhythm it may be more profitable to conceive it as a readiness rhythm.

Dynamical complexity in a mean-field model of human EEG

A recently proposed mean-field theory of mammalian cortex rhythmogenesis describes the salient features of electrical activity in the cerebral macrocolumn, with the use of inhibitory and excitatory neuronal populations (Liley et al 2002). This model is capable of producing a range of important human EEG (electroencephalogram) features such as the alpha rhythm, the 40 Hz activity thought to be associated with conscious awareness (Bojak & Liley 2007) and the changes in EEG spectral power associated with general anesthetic effect (Bojak & Liley 2005). From the point of view of nonlinear dynamics, the model entails a vast parameter space within which multistability, pseudoperiodic regimes, various routes to chaos, fat fractals and rich bifurcation scenarios occur for physiologically relevant parameter values (van Veen & Liley 2006). The origin and the character of this complex behaviour, and its relevance for EEG activity will be illustrated. The existence of short-lived unstable brain states will also be discussed in terms of the available theoretical and experimental results. A perspective on future analysis will conclude the presentation.

Direct evidence for attention-dependent influences of the frontal eye-fields on feature-responsive visual cortex

Voluntary selective attention can prioritize different features in a visual scene. The frontal eye-fields (FEF) are one potential source of such feature-specific top-down signals, but causal evidence for influences on visual cortex (as was shown for "spatial" attention) has remained elusive. Here, we show that transcranial magnetic stimulation (TMS) applied to right FEF increased the blood oxygen level-dependent (BOLD) signals in visual areas processing "target feature" but not in "distracter feature"-processing regions. TMS-induced BOLD signals increase in motion-responsive visual cortex (MT+) when motion was attended in a display with moving dots superimposed on face stimuli, but in face-responsive fusiform area (FFA) when faces were attended to. These TMS effects on BOLD signal in both regions were negatively related to performance (on the motion task), supporting the behavioral relevance of this pathway. Our findings provide new causal evidence for the human FEF in the control of nonspatial "feature"-based attention, mediated by dynamic influences on feature-specific visual cortex that vary with the currently attended property.