The computer simulation of primate (Macaca mulatta) spatial visual delayed response and cerebral prefrontal control function

Cerebral prefrontal function is one of the important aspects in neurobiology. Based on the experimental results of neuroanatomy, neurophysiology, behavioral sciences, and the principles of cybernetics and information theory after constructed a simple model simulating prefrontal control function, this paper simulated the behavior of Macaca mulatta completing delayed tasks both before and after its cerebral prefrontal cortex being damaged. The results indicated that there is an obvious difference in the capacity of completing delayed response tasks for the normal monkeys and those of prefrontal cortex cut away. The results are agreement with experiments. The authors suggest that the factors of affecting complete delayed response tasks might be in information keeping and extracting of memory including information storing, keeping and extracting procedures rather than in information storing process.

Metabolic changes in rat prefrontal cortex and hippocampus induced by chronic morphine treatment studied ex vivo by high resolution H-1 NMR spectroscopy

Ex vivo H-1 NMR spectroscopy was used to measure changes in the concentrations of cerebral metabolites in the prefrontal cortex (PFC) and hippocampus of rats subjected to repeated morphine treatment known to cause tolerance/dependence. The results show th

A probable dual mode of action for both L- and D-lactate neuroprotection in cerebral ischemia.

Lactate has been shown to offer neuroprotection in several pathologic conditions. This beneficial effect has been attributed to its use as an alternative energy substrate. However, recent description of the expression of the HCA1 receptor for lactate in the central nervous system calls for reassessment of the mechanism by which lactate exerts its neuroprotective effects. Here, we show that HCA1 receptor expression is enhanced 24 hours after reperfusion in an middle cerebral artery occlusion stroke model, in the ischemic cortex. Interestingly, intravenous injection of L-lactate at reperfusion led to further enhancement of HCA1 receptor expression in the cortex and striatum. Using an in vitro oxygen-glucose deprivation model, we show that the HCA1 receptor agonist 3,5-dihydroxybenzoic acid reduces cell death. We also observed that D-lactate, a reputedly non-metabolizable substrate but partial HCA1 receptor agonist, also provided neuroprotection in both in vitro and in vivo ischemia models. Quite unexpectedly, we show D-lactate to be partly extracted and oxidized by the rodent brain. Finally, pyruvate offered neuroprotection in vitro whereas acetate was ineffective. Our data suggest that L- and D-lactate offer neuroprotection in ischemia most likely by acting as both an HCA1 receptor agonist for non-astrocytic (most likely neuronal) cells as well as an energy substrate.

Intrahemispheric dysfunction in primary motor cortex without corpus callosum: a transcranial magnetic stimulation study

Affiliation: Département de Psychologie, Université de Montréal

Réorganisation fonctionnelle et structurale des cortex auditifs, visuels et associatifs chez les sourds profonds congénitaux ou prélinguaux

En raison de l’utilisation d’un mode de communication totalement différent de celui des entendants, le langage des signes, et de l’absence quasi-totale d’afférences en provenance du système auditif, il y a de fortes chances que d’importantes modifications fonctionnelles et structurales s’effectuent dans le cerveau des individus sourds profonds. Les études antérieures suggèrent que cette réorganisation risque d’avoir des répercussions plus importantes sur les structures corticales situées le long de la voie visuelle dorsale qu’à l’intérieur de celles situées à l’intérieur de la voie ventrale. L’hypothèse proposée par Ungerleider et Mishkin (1982) quant à la présence de deux voies visuelles dans les régions occipitales, même si elle demeure largement acceptée dans la communauté scientifique, s’en trouve aussi relativement contestée. Une voie se projetant du cortex strié vers les régions pariétales postérieures, est impliquée dans la vision spatiale, et l’autre se projetant vers les régions du cortex temporal inférieur, est responsable de la reconnaissance de la forme. Goodale et Milner (1992) ont par la suite proposé que la voie dorsale, en plus de son implication dans le traitement de l’information visuo-spatiale, joue un rôle dans les ajustements sensori-moteurs nécessaires afin de guider les actions. Dans ce contexte, il est tout à fait plausible de considérer qu’un groupe de personne utilisant un langage sensori-moteur comme le langage des signes dans la vie de tous les jours, s’expose à une réorganisation cérébrale ciblant effectivement la voie dorsale. L’objectif de la première étude est d’explorer ces deux voies visuelles et plus particulièrement, la voie dorsale, chez des individus entendants par l’utilisation de deux stimuli de mouvement dont les caractéristiques physiques sont très similaires, mais qui évoquent un traitement relativement différent dans les régions corticales visuelles. Pour ce faire, un stimulus de forme définie par le mouvement et un stimulus de mouvement global ont été utilisés. Nos résultats indiquent que les voies dorsale et ventrale procèdent au traitement d’une forme définie par le mouvement, tandis que seule la voie dorsale est activée lors d’une tâche de mouvement global dont les caractéristiques psychophysiques sont relativement semblables. Nous avons utilisé, subséquemment, ces mêmes stimulations activant les voies dorsales et ventrales afin de vérifier quels pourraient être les différences fonctionnelles dans les régions visuelles et auditives chez des individus sourds profonds. Plusieurs études présentent la réorganisation corticale dans les régions visuelles et auditives en réponse à l’absence d’une modalité sensorielle. Cependant, l’implication spécifique des voies visuelles dorsale et ventrale demeure peu étudiée à ce jour, malgré plusieurs résultats proposant une implication plus importante de la voie dorsale dans la réorganisation visuelle chez les sourds. Suite à l’utilisation de l’imagerie cérébrale fonctionnelle pour investiguer ces questions, nos résultats ont été à l’encontre de cette hypothèse suggérant une réorganisation ciblant particulièrement la voie dorsale. Nos résultats indiquent plutôt une réorganisation non-spécifique au type de stimulation utilisé. En effet, le gyrus temporal supérieur est activé chez les sourds suite à la présentation de toutes nos stimulations visuelles, peu importe leur degré de complexité. Le groupe de participants sourds montre aussi une activation du cortex associatif postérieur, possiblement recruté pour traiter l’information visuelle en raison de l’absence de compétition en provenance des régions temporales auditives. Ces résultats ajoutent aux données déjà recueillies sur les modifications fonctionnelles qui peuvent survenir dans tout le cerveau des personnes sourdes, cependant les corrélats anatomiques de la surdité demeurent méconnus chez cette population. Une troisième étude se propose donc d’examiner les modifications structurales pouvant survenir dans le cerveau des personnes sourdes profondes congénitales ou prélinguales. Nos résultats montrent que plusieurs régions cérébrales semblent être différentes entre le groupe de participants sourds et celui des entendants. Nos analyses ont montré des augmentations de volume, allant jusqu’à 20%, dans les lobes frontaux, incluant l’aire de Broca et d’autres régions adjacentes impliqués dans le contrôle moteur et la production du langage. Les lobes temporaux semblent aussi présenter des différences morphométriques même si ces dernières ne sont pas significatives. Enfin, des différences de volume sont également recensées dans les parties du corps calleux contenant les axones permettant la communication entre les régions temporales et occipitales des deux hémisphères.

Effet de la transmission cholinergique sur la cartographie fonctionnelle du cortex visuel du rongeur

La transmission cholinergique, et notamment muscarinique, joue un rôle déterminant dans le système nerveux central au niveau de la modulation de la plasticité neuronale. La libération d'ACh dans le cortex visuel est concomitante à la présentation de stimuli visuels. Par son action sur la transmission neuronale corticale, l'ACh module à long terme les réponses à de nouveaux stimuli sensoriels. Dans la présente étude, l'implication du système cholinergique au niveau du développement cortical et de la plasticité inductible chez l'adulte a été étudiée par les techniques d'imagerie optique des signaux intrinsèques et d'immunohistochimie chez le rongeur. Ces deux techniques de cartographie de l'activité corticale nous ont permis d'évaluer, d'une part, l'impact modulatoire de l'acétylcholine (ACh) et de ses récepteurs muscariniques (mAChRs, M1 à M5) sur l'organisation fonctionnelle du cortex visuel chez des souris déficitaires pour les mAChRs et, d'autre part, l'impact de la libération d'ACh lors d'un entraînement visuel, sur le nombre, la nature neurochimique et la localisation au niveau des couches corticales des neurones corticaux activés. L'implication du système cholinergique sur la cartographie du cortex visuel primaire a été étudiée sur les souris génétiquement modifiées délétères (knock out : KO) pour différentes combinaisons de sous-types de mAChRs. L'imagerie des signaux intrinsèques, basée sur les changements de réflectance corticale de la lumière survenant lors de la consommation d'oxygène par les neurones activés, a permis de déterminer, lors de stimulations visuelles, les différentes composantes des propriétés des neurones du cortex visuel. La taille des champs récepteurs des neurones est diminuée lors de l'absence du récepteur M1 ou de la combinaison M1/M3. Le champ visuel apparent est augmenté chez les souris M2/M4-KO mais diminué chez les M1-KO. La finesse des connectivités neuronales (évaluée par la mesure du scatter du signal) est réduite lors de l'absence des récepteurs M2/M4. Finalement, chez les animaux M1/M3-KO, une diminution de l'acuité visuelle est observée. L'effet à long-terme d'un entraînement visuel couplé à une stimulation des neurones cholinergiques sur la distribution et la nature des neurones immunoréactifs au c-Fos, c'est-à-dire les neurones activés, a été évalué. Puisque cette stimulation combinée est en mesure de produire des modifications comportementales, notamment au niveau de l'acuité visuelle, il devenait intéressant de s'attarder aux modifications neuroanatomiques et de déterminer quels éléments de l'équilibre excitateur/inhibiteur sont compromis chez ces animaux. Les résultats obtenus démontrent que les animaux ayant reçu une combinaison de l'entraînement cholinergique et visuel présentent une augmentation du marquage c-Fos comparativement aux animaux n'ayant reçu que la stimulation cholinergique. D'autre part, chez ces animaux, il est possible d'observer des modifications de l'équilibre excitateur/inhibiteur qui correspond au potentiel plastique de la région. En conclusion, ces études démontrent un rôle important du système cholinergique dans le développement, la maturation et la plasticité du système visuel cérébral.

Quantitative functional neuroimaging of cerebral physiology in healthy aging

Les études d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) ont pour prémisse générale l’idée que le signal BOLD peut être utilisé comme un succédané direct de l’activation neurale. Les études portant sur le vieillissement cognitif souvent comparent directement l’amplitude et l’étendue du signal BOLD entre des groupes de personnes jeunes et âgés. Ces études comportent donc un a priori additionnel selon lequel la relation entre l’activité neurale et la réponse hémodynamique à laquelle cette activité donne lieu restent inchangée par le vieillissement. Cependant, le signal BOLD provient d’une combinaison ambiguë de changements de métabolisme oxydatif, de flux et de volume sanguin. De plus, certaines études ont démontré que plusieurs des facteurs influençant les propriétés du signal BOLD subissent des changements lors du vieillissement. L’acquisition d’information physiologiquement spécifique comme le flux sanguin cérébral et le métabolisme oxydatif permettrait de mieux comprendre les changements qui sous-tendent le contraste BOLD, ainsi que les altérations physiologiques et cognitives propres au vieillissement. Le travail présenté ici démontre l’application de nouvelles techniques permettant de mesurer le métabolisme oxydatif au repos, ainsi que pendant l’exécution d’une tâche. Ces techniques représentent des extensions de méthodes d’IRMf calibrée existantes. La première méthode présentée est une généralisation des modèles existants pour l’estimation du métabolisme oxydatif évoqué par une tâche, permettant de prendre en compte tant des changements arbitraires en flux sanguin que des changements en concentrations sanguine d’O2. Des améliorations en terme de robustesse et de précisions sont démontrées dans la matière grise et le cortex visuel lorsque cette méthode est combinée à une manipulation respiratoire incluant une composante d’hypercapnie et d’hyperoxie. Le seconde technique présentée ici est une extension de la première et utilise une combinaison de manipulations respiratoires incluant l’hypercapnie, l’hyperoxie et l’administration simultanée des deux afin d’obtenir des valeurs expérimentales de la fraction d’extraction d’oxygène et du métabolisme oxydatif au repos. Dans la deuxième partie de cette thèse, les changements vasculaires et métaboliques liés à l’âge sont explorés dans un groupe de jeunes et aînés, grâce au cadre conceptuel de l’IRMf calibrée, combiné à une manipulation respiratoire d’hypercapnie et une tâche modifiée de Stroop. Des changements de flux sanguin au repos, de réactivité vasculaire au CO2 et de paramètre de calibration M ont été identifiés chez les aînés. Les biais affectant les mesures de signal BOLD obtenues chez les participants âgés découlant de ces changements physiologiques sont de plus discutés. Finalement, la relation entre ces changements cérébraux et la performance dans la tâche de Stroop, la santé vasculaire centrale et la condition cardiovasculaire est explorée. Les résultats présentés ici sont en accord avec l’hypothèse selon laquelle une meilleure condition cardiovasculaire est associée à une meilleure fonction vasculaire centrale, contribuant ainsi à l’amélioration de la santé vasculaire cérébrale et cognitive.

Cessació de l'hàbit tabàquic en pacients afectats de malaltia vascular cerebral aguda

S'han estudiat 1003 pacients amb el diagnòstic de Malaltia Vascular Cerebral (MVC) aguda ingressats a la unitat de neurologia de l'Hospital Josep Trueta de Girona en el període de gener de 2005 a juliol de 2007. S'ha realitzat un estudi de cohorts prospectiu d'un any en 110 pacients que eren fumadors en el moment de l'ictus. Un elevat percentatge dels pacients afectats de MVC aguda presenten factors de risc vascular que es poden evitar com el consum de tabac o d'alcohol, i factors de risc vascular que cal controlar com la hipertensió, la dislipèmia, la diabetis o la cardiopatia. Només 4 de cada 10 pacients fumadors diagnosticats d'ictus havien abandonat l'hàbit un any després de presentar la MVC aguda. Les variables que millor prediuen la cessació tabàquica en aquests pacients són la localització de la lesió a l'ínsula cerebral i la intenció de deixar de fumar prèvia a l'ictus.

Exploration of the neural correlates of cerebral palsy for sensorimotor BCI control

Cerebral palsy (CP) includes a broad range of disorders, which can result in impairment of posture and movement control. Brain-computer interfaces (BCIs) have been proposed as assistive devices for individuals with CP. Better understanding of the neural processing underlying motor control in affected individuals could lead to more targeted BCI rehabilitation and treatment options. We have explored well-known neural correlates of movement, including event-related desynchronization (ERD), phase synchrony, and a recently-introduced measure of phase dynamics, in participants with CP and healthy control participants. Although present, significantly less ERD and phase locking were found in the group with CP. Additionally, inter-group differences in phase dynamics were also significant. Taken together these findings suggest that users with CP exhibit lower levels of motor cortex activation during motor imagery, as reflected in lower levels of ongoing mu suppression and less functional connectivity. These differences indicate that development of BCIs for individuals with CP may pose additional challenges beyond those faced in providing BCIs to healthy individuals.

The effect of flavanol-rich cocoa on cerebral perfusion in healthy older adults during conscious resting state: a placebo controlled, crossover, acute trial

Rationale: There has recently been increasing interest in the potential of flavanols, plant derived compounds found in foods such as fruit and vegetables, to ameliorate age-related cognitive decline. Research suggests that cocoa flavanols improve memory and learning, possibly as a result of their anti-inflammatory and neuroprotective effects. These effects may be mediated by increased cerebral blood flow (CBF), thus stimulating neuronal function. Objectives: The present study employed arterial spin labelling (ASL) functional magnetic resonance imaging (FMRI) to explore the effect of a single acute dose of cocoa flavanols on regional CBF. Methods: CBF was measured pre and post consumption of low (23mg) or high (494mg) 330ml equicaloric flavanol drinks matched for caffeine, theobromine, taste and appearance according to a randomised counterbalanced crossover double-blind design in eight males and ten females, aged 50-65 years. Changes in perfusion from pre to post consumption were calculated as a function of each drink. Results: Significant increases in regional perfusion across the brain were observed following consumption of the high flavanol drink relative to the low flavanol drink, particularly in the anterior cingulate cortex (ACC) and the central opercular cortex of the parietal lobe. Conclusions: Consumption of cocoa flavanol improves regional cerebral perfusion in older adults. This provides evidence for a possible acute mechanism by which cocoa flavanols are associated with benefits for cognitive performance.

Atypically rightward cerebral asymmetry in male adults with autism stratifies individuals with and without language delay

In humans, both language and fine motor skills are associated with left-hemisphere specialization, whereas visuospatial skills are associated with right-hemisphere specialization. Individuals with autism spectrum conditions (ASC) show a profile of deficits and strengths that involves these lateralized cognitive functions. Here we test the hypothesis that regions implicated in these functions are atypically rightward lateralized in individuals with ASC and, that such atypicality is associated with functional performance. Participants included 67 male, right-handed adults with ASC and 69 age- and IQ-matched neurotypical males. We assessed group differences in structural asymmetries in cortical regions of interest with voxel-based analysis of grey matter volumes, followed by correlational analyses with measures of language, motor and visuospatial skills. We found stronger rightward lateralization within the inferior parietal lobule and reduced leftward lateralization extending along the auditory cortex comprising the planum temporale, Heschl's gyrus, posterior supramarginal gyrus, and parietal operculum, which was more pronounced in ASC individuals with delayed language onset compared to those without. Planned correlational analyses showed that for individuals with ASC, reduced leftward asymmetry in the auditory region was associated with more childhood social reciprocity difficulties. We conclude that atypical cerebral structural asymmetry is a potential candidate neurophenotype of ASC

Avaliação por ressonância magnética funcional e estimulação magnética transcraniana da intervenção única da terapia espelho em pacientes após acidente vascular cerebral isquêmico

Mirror therapy (MT) is being used as a rehabilitation tool in various diseases, including stroke. Although some studies have shown its effectiveness, little is known about neural mechanisms that underlie the rehabilitation process. Therefore, this study aimed at assessing cortical neuromodulation after a single MT intervention in ischemic stroke survivors, by means of by functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) and Transcranial Magnetic Stimulation (TMS). Fifteen patients participated in a single thirty minutes MT session. fMRI data was analyzed bilaterally in the following Regions of Interest (ROI): Supplementary Motor Area (SMA), Premotor cortex (PMC), Primary Motor cortex (M1), Primary Sensory cortex (S1) and Cerebellum. In each ROI, changes in the percentage of occupation and beta values were computed. Group fMRI data showed a significant decreased in the percentage of occupation in PMC and cerebellum, contralateral to the affected hand (p <0.05). Significant increase in beta values was observed in the following contralateral motor areas: SMA, Cerebellum, PMC and M1 (p<0,005). Moreover, a significant decrease was observed in the following ipsilateral motor areas: PMC and M1 (p <0,001). In S1 a bilateral significant decrease (p<0.0005) was observed.TMS consisted of the analysis of Motor Evoked Potential (MEP) of M1 hotspot. A significant increase in the amplitude of the MEP was observed after therapy in the group (p<0,0001) and individually in 4 patients (p <0.05). Altogether, our results imply that single MT intervention is already capable of promoting changes in neurobiological markers toward patterns observed in healthy subjects. Furthermore, the contralateral hemisphere motor areas changes are opposite to the ones in the ipsilateral side, suggesting an increase system homeostasis.

Análise do líquido cefalorraquidiano, tomografia computadorizada craniana e angiotomografia cerebral de Alouatta guariba - Geoffroy Saint-Hilaire, 1812 (Bugio ruivo)

Pós-graduação em Medicina Veterinária - FMVZ

Decreased Reelin Expression in the Left Prefrontal Cortex (BA9) in Chronic Schizophrenia Patients

Background: Reelin is under epigenetic control and has been reported to be decreased in cortical regions in schizophrenia. Methods: To establish if expression of reelin is altered in specific cortical, hippocampal or thalamic regions of schizophrenia patients, we measured gene expression of reelin in a postmortem study of elderly patients with schizophrenia and non-affected controls in both hemispheres differentiating between gray and white matter. We compared cerebral postmortem samples (dorsolateral prefrontal cortex BA9 and BA46, superior temporal cortex BA22, entorhinal cortex BA28, sensoric cortex BA1-3, hippocampus, CA4, mediodorsal nucleus of the thalamus) from 12 schizophrenia patients with 13 normal subjects investigating gene expression of reelin in the gray and white matter of both hemispheres by in situ-hybridization. Results: The left prefrontal area (BA9) of schizophrenia patients revealed a decreased expression of reelin-mRNA of 29.1% in the white (p = 0.022) and 13.6% in the gray matter (p = 0.007) compared to the control group. None of the other regions examined showed any statistically significant differences. Conclusion: Since reelin is responsible for migration and synapse formation, the decreased gene expression of reelin in the left prefrontal area of schizophrenia patients points to neurodevelopmental deficits in neuronal migration and synaptic plasticity. However, our study group was small, and results should be verified using larger samples. Copyright (C) 2012 S. Karger AG, Basel

Neuropathology and behavioral impairments after three types of global ischemia surgery in Meriones unguiculatus: Evidence in motor cortex, hippocampal CA1 region and the neostriatum

The effects of three types of global ischemia by occlusion of carotid artery on motor and exploratory behaviors of Gerbils were evaluated by the Activity Cage and Rota rod tests. Animals were divided based on two surgical criteria: unilateral (UNI) or bilateral (BIL) carotid occlusion, with (REP) or without (OCL) reperfusion; and their behavior was evaluated on the fourth (4) or sixth (6) day. There was reduction of cell number in striatum, motor cortex M1 area, and hippocampal CA1 area in all groups in comparison to control animals. For M1 area and striatum, the largest reduction was observed in UNI6, UNI4, and BIL4 groups. Neuronal loss was also observed in CA1 area of BIL4 rodents. There was a decrease in crossings and rearings in all groups in activity cage test, compared to control. Reperfusion, unilateral and bilateral occlusion groups showed decrease in crossings. Only the BIL4 showed a decrease of rearing. In the Rota rod test, except the UNIOCL6, the groups showed a decrease in the balance in comparison to control. Both groups with REP4 showed a major decrease in balance. These findings suggest that both unilateral and bilateral carotid occlusions with reperfusion produce impairments of motor and exploratory behavior. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.