The Representation of Emotion in Autonomic and Central Nervous System Activity

Phenomenologically, humans effectively label and report feeling distinct emotions, yet the extent to which emotions are represented categorically in nervous system activity is controversial. Theoretical accounts differ in this regard, some positing distinct emotional experiences emerge from a dimensional representation (e.g., along axes of valence and arousal) whereas others propose emotions are natural categories, with dedicated neural bases and associated response profiles. This dissertation aims to empirically assess these theoretical accounts by examining how emotions are represented (either as disjoint categories or as points along continuous dimensions) in autonomic and central nervous system activity by integrating psychophysiological recording and functional neuroimaging with machine-learning based analytical methods. Results demonstrate that experientially, emotional events are well-characterized both along dimensional and categorical frameworks. Measures of central and peripheral responding discriminate among emotion categories, but are largely independent of valence and arousal. These findings suggest dimensional and categorical aspects of emotional experience are driven by separable neural substrates and demonstrate that emotional states can be objectively quantified on the basis of nervous system activity.

Two functionally linked amino acids in the stem 2 region of measles virus haemagglutinin determine infectivity and virulence in the rodent central nervous system.

Rodent brain-adapted measles virus (MV) strains, such as CAM/RB and recombinant MVs based on the Edmonston strain containing the haemagglutinin (H) of CAM/RB, cause acute encephalitis after intracerebral infection of newborn rodents. We have demonstrated that rodent neurovirulence is modulated by two mutations at amino acid positions 195 and 200 in the H protein, one of these positions (200) being a potential glycosylation site. In order to analyse the effects of specific amino acids at these positions, we introduced a range of individual and combined mutations into the open reading frame of the H gene to generate a number of eukaryotic expression plasmids. The functionality of the mutant H proteins was assessed in transfected cells and by generating recombinant viruses. Interestingly, viruses caused acute encephalitis only if the amino acid Ser at position 200 was coupled with Gly at position 195, whereas viruses with single or combined mutations at these positions, including glycosylation at position 200, were attenuated. Neurovirulence was associated with virus spread and induction of neuronal apoptosis, whereas attenuated viruses failed to infect brain cells. Similar results were obtained by using primary brain-cell cultures. Our findings indicate that a structural alteration in the stem 2 region of the H protein at position 195 or 200 interferes with infectivity of rodent neurons, and suggest that the interaction of the viral attachment protein with cellular receptors on neurons is affected.

The nervous system of Amphilina foliacea (Platyhelminthes, Amphilinidea). An immunocytochemical, ultrastructural and spectrofluorometrical study

The nervous system of young and adult Amphilina foliacea was studied with immunocytochemical, electron microscopical and spectrofluorometrical methods. The general neuroanatomy is described in detail. New data on the structure and development of the brain were obtained. The 5-HT and GYIRFamide-immunoreactivities occur in separate sets of neurones. The innervation of the reproductive organs is described. The fine structure of 2 types of neurones in the CNS, a sensory neurone, a 'glial' cell type, the neuropile and the synapses are described. The level of 5-HT varies between 0.074 and 0.461 mug/g wet weight. This is the first detailed study of the nervous system of A. foliacea. Earlier data on the structure of the nervous system in A. foliacea published in Russian are introduced into the discussion. The study provides data that can be used when considering the phylogenetic position of Amphilinidea.

The nervous system of Procerodes littoralis (Maricola, Tricladida). An ultrastructural and immunoelectron microscopical study

The ultrastructure of the nervous system of a planarian, Procerodes littoralis, belonging to the taxon Maricola is described for the first time. The study has revealed the presence of two neuronal cell types and a glia-like cell. Immunogold labelling with antibodies to two native flatworm neuropeptides-neuropeptide F and GNFFRFamide-has been localised to one neuronal cell type and associated processes and synapses, thus indicating its peptidergic nature. The ultrastructural features are compared to those of other investigated turbellarian species. The number of features shared by species from the Proseriata, Lecitoepitheliata and Tricladida show that in respect of the nervous system these taxa form a closely related group. (C) 1997 The Royal Swedish Academy of Sciences. Published by Elsevier Science Ltd.

Cholinergic, serotoninergic and peptidergic components of the nervous system of Haematoloechus medioplexus (Trematoda, Digenea), characterised by cytochemistry

Cholinergic, serotoninergic and peptidergic neuronal pathways have been demonstrated in whole-mount preparations of the frog-lung digenean trematode, Haematoloechus medioplexus, using enzyme cytochemical methodologies and indirect immunocytochemical techniques in conjunction with confocal scanning laser microscopy. All 3 classes of neuroactive substance mere found throughout both central and peripheral elements of a well-developed orthogonal nervous system, Peptidergic immunoreactivity was particularly strong, using antisera directed to native flatworm neuropeptides, neuropeptide F, and FMRFamide-related peptides (FaRPs), and there was significant overlap in the staining with that for cholinergic components, The serotoninergic system appeared quite separate, with the staining localised to a different set of neurons. (C) 1997 Australian Society for Parasitology.

GABA IN THE NERVOUS-SYSTEM OF PARASITIC FLATWORMS

In an immunocytochemical study, using an antiserum and a monoclonal antibody specific for the amino acid, gamma-aminobutyric acid (GABA), GABA-like immunoreactivity (GLIR) has been demonstrated for the first time in parasitic flatworms. In Moniezia expansa (Cestoda), GLIR was seen in nerve nets which were closely associated with the body wall musculature and in the longitudinal nerve cords. In the liver fluke Fasciola hepatica (Trematoda), the GLIR occurred in the longitudinal nerve cords and lateral nerves in the posterior half of the worm. GLIR was also detected in subtegumental fibres in F. hepatica. The presence of GABA was verified, using high-pressure liquid chromatography coupled with fluorescence detection. The concentration of GABA (mean+/-S.D.) in M. expansa anterior region was 124.8+/-15.3 picomole/mg wet weight, while in F. hepatica it was 16.8+/-4.9 picomole/mg. Since several insecticides and anti-nematodal drugs are thought to interfere with GABA-receptors, the findings indicate that GABAergic neurotransmission may be a potential target for chemotherapy in flatworms too.

The renin-angiotensin system and antihypertensive drugs in Alzheimer's disease:current standing of the angiotensin hypothesis?

There is an urgent need to improve upon Alzheimer's disease (AD) treatments. Limitations of existing drugs are that they target specific downstream neurochemical abnormalities while the upstream underlying pathology continues unchecked. Preferable treatments would be those that can target a number of the broad range of molecular and cellular abnormalities that occur in AD such as amyloid-ß (Aß) and hyperphosphorylated tau-mediated damage, inflammation, and mitochondrial dysfunction, as well more systemic abnormalities such as brain atrophy, impaired cerebral blood flow (CBF), and cerebrovascular disease. Recent pre-clinical, epidemiological, and a limited number of clinical investigations have shown that prevention of the signaling of the multifunctional and potent vasoconstrictor angiotensin II (Ang II) may offer broad benefits in AD. In addition to helping to ameliorate co-morbid hypertension, these drugs also likely improve diminished CBF which is common in AD and can contribute to focal Aß pathology. These drugs, angiotensin converting enzyme (ACE) inhibitors, or angiotensin receptor antagonists (ARAs) may also help deteriorating cognitive function by preventing Ang II-mediated inhibition of acetylcholine release as well as interrupt the upregulation of deleterious inflammatory pathways that are widely recognized in AD. Given the current urgency to find better treatments for AD and the relatively immediate availability of drugs that are already widely prescribed for the treatment of hypertension, one of the largest modifiable risk factors for AD, this article reviews current knowledge as to the eligibility of ACE-inhibitors and ARAs for consideration in future clinical trials in AD.

Investigating the role of retinoic acid in the vertebrate and invertebrate nervous system

Please consult the paper edition of this thesis to read. It is available on the 5th Floor of the Library at Call Number: Z 9999.5 B56 D64 2007

Studies on the exaggerated inflammatory response caused by streptococcus suis at systemic and central nervous system levels

Streptococcus suis de type 2 est un microorganisme pathogène d’importance chez le porc. Il est la cause de différentes pathologies ayant comme caractéristique commune la méningite. C’est également un agent émergeant de zoonose : des cas cliniques humains ont récemment été rapportés en Asie. Cependant, la pathogénèse de S. suis n’est pas encore complètement élucidée. Jusqu’à présent, la réponse pro-inflammatoire initiée par S. suis n’a été étudiée qu’in vitro. L’étude du choc septique et de la méningite requiert toujours des modèles expérimentaux appropriés. Au cours de cette étude, nous avons développé un modèle in vivo d’infection chez la souris qui utilise la voie d’inoculation intra-péritonéale. Ce modèle a servi à l’étude de la réponse pro-inflammatoire associée à ce pathogène, tant au niveau systémique qu’au niveau du système nerveux central (SNC). Il nous a également permis de déterminer si la sensibilité aux infections à S. suis pouvait être influencée par des prédispositions génétiques de l’hôte. Le modèle d’infection par S. suis a été mis au point sur des souris de lignée CD1. Les résultats ont démontré une bactériémie élevée pendant les trois jours suivant l’infection. Celle-ci était accompagnée d’une libération rapide et importante de différentes cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL-6, IL-12p40/p70, IFN-ɣ) et de chémokines (KC, MCP-1 and RANTES), qui ont entraîné un choc septique et la mort de 20 % des animaux. Ensuite, pour confirmer le rôle de l’inflammation sur la mortalité et pour déterminer si les caractéristiques génétiques de l’hôte pouvaient influencer la réponse inflammatoire et l’issue de la maladie, le modèle d’infection a été étendu à deux lignées murines consanguines différentes considérées comme résistante : la lignée C57BL/6 (B6), et sensible : la lignée A/J. Les résultats ont démontré une importante différence de sensibilité entre les souris A/J et les souris B6, avec un taux de mortalité atteignant 100 % à 20 h post-infection (p.i.) pour la première lignée et de seulement 16 % à 36 h p.i. pour la seconde. La quantité de bactéries dans le sang et dans les organes internes était similaire pour les deux lignées. Donc, tout comme dans la lignée CD1, la bactériémie ne semblait pas être liée à la mort des souris. La différence entre les taux de mortalité a été attribuée à un choc septique non contrôlé chez les souris A/J infectées par S. suis. Les souris A/J présentaient des taux exceptionnellement élevés de TNF-α, IL-12p40/p70, IL-1β and IFN- γ, significativement supérieurs à ceux retrouvés dans la lignée B6. Par contre, les niveaux de chémokines étaient similaires entre les lignées, ce qui suggère que leur influence est limitée dans le développement du choc septique dû à S. suis. Les souris B6 avaient une production plus élevée d’IL-10, une cytokine anti-inflammatoire, ce qui suppose que la cascade cytokinaire pro-inflammatoire était mieux contrôlée, entraînant un meilleur taux de survie. Le rôle bénéfique potentiel de l’IL-10 chez les souris infectées par S. suis a été confirmé par deux approches : d’une part en bloquant chez les souris B6 le récepteur cellulaire à l’IL-10 (IL-10R) par un anticorps monoclonal anti-IL-10R de souris et d’autre part en complémentant les souris A/J avec de l’IL-10 de souris recombinante. Les souris B6 ayant reçu le anticorps monoclonal anti-IL-10R avant d’être infectées par S. suis ont développé des signes cliniques aigus similaires à ceux observés chez les souris A/J, avec une mortalité rapide et élevée et des taux de TNF-α plus élevés que les souris infectées non traitées. Chez les souris A/J infectées par S. suis, le traitement avec l’IL-10 de souris recombinante a significativement retardé l’apparition du choc septique. Ces résultats montrent que la survie au choc septique dû à S. suis implique un contrôle très précis des mécanismes pro- et anti-inflammatoires et que la réponse anti-inflammatoire doit être activée simultanément ou très rapidement après le début de la réponse pro-inflammatoire. Grâce à ces expériences, nous avons donc fait un premier pas dans l’identification de gènes associés à la résistance envers S. suis chez l’hôte. Une des réussites les plus importantes du modèle d’infection de la souris décrit dans ce projet est le fait que les souris CD1 ayant survécu à la septicémie présentaient dès 4 jours p.i. des signes cliniques neurologiques clairs et un syndrome vestibulaire relativement similaires à ceux observés lors de méningite à S. suis chez le porc et chez l’homme. L’analyse par hybridation in situ combinée à de l’immunohistochimie des cerveaux des souris CD1 infectées a montré que la réponse inflammatoire du SNC débutait avec une augmentation significative de la transcription du Toll-like receptor (TLR)2 et du CD14 dans les microvaisseaux cérébraux et dans les plexus choroïdes, ce qui suggère que S. suis pourrait se servir de ces structures comme portes d’entrée vers le cerveau. Aussi, le NF-κB (suivi par le système rapporteur de l’activation transcriptionnelle de IκBα), le TNF-α, l’IL-1β et le MCP-1 ont été activés, principalement dans des cellules identifiées comme de la microglie et dans une moindre mesure comme des astrocytes. Cette activation a également été observée dans différentes structures du cerveau, principalement le cortex cérébral, le corps calleux, l’hippocampe, les plexus choroïdes, le thalamus, l’hypothalamus et les méninges. Partout, cette réaction pro-inflammatoire était accompagnée de zones extensives d’inflammation et de nécrose, de démyélinisation sévère et de la présence d’antigènes de S. suis dans la microglie. Nous avons mené ensuite des études in vitro pour mieux comprendre l’interaction entre S. suis et la microglie. Pour cela, nous avons infecté des cellules microgliales de souris avec la souche sauvage virulente (WT) de S. suis, ainsi qu’avec deux mutants isogéniques, un pour la capsule (CPS) et un autre pour la production d’hémolysine (suilysine). Nos résultats ont montré que la capsule était un important mécanisme de résistance à la phagocytose pour S. suis et qu’elle modulait la réponse inflammatoire, en dissimulant les composants pro-inflammatoires de la paroi bactérienne. Par contre, l’absence d’hémolysine, qui est un facteur cytotoxique potentiel, n’a pas eu d’impact majeur sur l’interaction de S. suis avec la microglie. Ces études sur les cellules microgliales ont permis de confirmer les résultats obtenus précédemment in vivo. La souche WT a induit une régulation à la hausse du TLR2 ainsi que la production de plusieurs médiateurs pro-inflammatoires, dont le TNF-α et le MCP-1. S. suis a induit la translocation du NF-kB. Cet effet était plus rapide dans les cellules stimulées par le mutant déficient en CPS, ce qui suggère que les composants de la paroi cellulaire représentent de puissants inducteurs du NF-kB. De plus, la souche S. suis WT a stimulé l’expression de la phosphotyrosine, de la PKC et de différentes cascades liées à l’enzyme mitogen-activated protein kinase (MAPK). Cependant, les cellules microgliales infectées par le mutant déficient en CPS ont montré des profils de phosphorylation plus forts et plus soutenus que celles infectées par le WT. Finalement, la capsule a aussi modulé l’expression de l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) induite par S. suis et par la production subséquente d’oxyde nitrique par la microglie. Ceci pourrait être lié in vivo à la neurotoxicité et à la vasodilatation. Nous pensons que ces résultats contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes sous-tendant l’induction de l’inflammation par S. suis, ce qui devrait permettre, d’établir éventuellement des stratégies plus efficaces de lutte contre la septicémie et la méningite. Enfin, nous pensons que ce modèle expérimental d’infection chez la souris pourra être utilisé dans l’étude de la pathogénèse d’autres bactéries ayant le SNC pour cible.