Neurobiological model of visuo-spatial cognition in young Williams Syndrome children: measures of dorsal-stream and frontal function

We examine hypotheses for the neural basis of the profile of visual cognition in young children with Williams syndrome (WS). These are: (a) that it is a consequence of anomalies in sensory visual processing; (b) that it is a deficit of the dorsal relative to the ventral cortical stream; (c) that it reflects deficit of frontal function, in particular of fronto-parietal interaction; (d) that it is related to impaired function in the right hemisphere relative to the left. The tests reported here are particularly relevant to (b) and (c). They form part of a more extensive programme of investigating visual, visuospatial, and cognitive function in large group of children with WS children, aged 8 months to 15 years. To compare performance across tests, avoiding floor and ceiling effects, we have measured performance in children with WS in terms of the ‘age equivalence’ for typically developing children. In this paper the relation between dorsal and ventral function was tested by motion and form coherence thresholds respectively. We confirm the presence of a subgroup of children with WS who perform particularly poorly on the motion (dorsal) task. However, such performance is also characteristic of normally developingchildren up to 5 years: thus the WS performance may reflect an overall persisting immaturity of visuospatial processing which is particularly evident in the dorsal stream. Looking at the performance on the global coherence tasks of the entire WS group, we find that there is also a subgroup who have both high form and motion coherence thresholds, relative to the performance of children of the same chronological age and verbal age on the BPVS, suggesting a more general global processing deficit. Frontal function was tested by a counterpointing task, ability to retrieve a ball from a ‘detour box’, and the Stroop-like ‘day-night’ task, all of which require inhibition of a familiar response. When considered in relation to overall development as indexed by vocabulary, the day-night task shows little specific impairment, the detour box shows a significant delay relative to controls, and the counterpointing task shows a marked and persistent deficit in many children. We conclude that frontal control processes show most impairment in WS when they are associated with spatially directed responses, reflecting a deficit of fronto-parietal processing. However, children with WS may successfully reduce the effect of this impairment by verbally mediated strategies. On all these tasks we find a range of difficulties across individual children and a small subset of WS who show very good performance, equivalent to chronological age norms of typically developing children. Neurobiological models of visuo-spatial cognition in children with WS p.4 Overall, we conclude that children with WS have specific processing difficulties with tasks involving frontoparietal circuits within the spatial domain. However, some children with WS can achieve similar performance to typically developing children on some tasks involving the dorsal stream, although the strategies and processing may be different in the two groups.

Anatomical study comparing the thickness of the volar and dorsal cortex of cadaveric adult distal radii using digital photography

INTRODUCTION:

Dorsally displaced fractures of the distal radius fractures are one of the commonest in day-to-day practice. There is still no consensus among surgeons regarding the suitability of using volar or the dorsal cortex as basis for internal fixation for dorsally displaced fractures.

BACKGROUND:

We report an anatomical study, which compares the thickness of the volar and dorsal cortices of cadaveric adult radii using digital photography.

RESULTS:

Results of this study show that the volar cortex was statistically, significantly thicker than the dorsal cortex. We believe that the volar cortex may behave as the calcar of the distal radius and hence internal fixation devices applied to the volar cortex may provide a more stable internal fixation compared to those based on the dorsal cortex.

Dorsal and ventral stream mediated visual processing in genetic subtypes of Prader-Willi syndrome

Previous work has suggested that there are specific deficits in dorsal stream processing in a variety of developmental disorders. Prader-Willi syndrome (PWS) is associated with two main genetic subtypes, deletion and disomy. Relative strengths in visual processing are shown in PWS, although these strengths may be specific to the deletion subtype. We investigated visual processing in PWS using an adapted Simon task which contrasted location (dorsal stream) and shape identity (ventral stream) tasks. Compared to a group of typically developing children, children with PWS deletion showed a greater degree of impairment in the dorsal stream task than in the ventral stream task, a pattern similar to that shown in a group of boys with Fragile-X syndrome. When matched on a measure of non-verbal ability, children with PWS disomy showed the opposite pattern with better performance in the location compared to the shape task, although these task performance asymmetries may have been linked to executive control processes. It is proposed that children with PWS deletion show a relative strength in visual processing in the ventral stream along with a specific deficit in dorsal stream processing. In contrast, children with PWS disomy show neither effect. (C) 2009 Published by Elsevier Ltd.

Gene expression mapping in neuropathic pain : molecular plasticity in nociceptors and superficial dorsal horn

RESUME : La douleur neuropathique est le résultat d'une lésion ou d'un dysfonctionnement du système nerveux. Les symptômes qui suivent la douleur neuropathique sont sévères et leur traitement inefficace. Une meilleure approche thérapeutique peut être proposée en se basant sur les mécanismes pathologiques de la douleur neuropathique. Lors d'une lésion périphérique une douleur neuropathique peut se développer et affecter le territoire des nerfs lésés mais aussi les territoires adjacents des nerfs non-lésés. Une hyperexcitabilité des neurones apparaît au niveau des ganglions spinaux (DRG) et de la corne dorsale (DH) de la moelle épinière. Le but de ce travail consiste à mettre en évidence les modifications moléculaires associées aux nocicepteurs lésés et non-lésés au niveau des DRG et des laminae I et II de la corne dorsale, là où l'information nociceptive est intégrée. Pour étudier les changements moléculaires liés à la douleur neuropathique nous utilisons le modèle animal d'épargne du nerf sural (spared nerve injury model, SNI) une semaine après la lésion. Pour la sélection du tissu d'intérêt nous avons employé la technique de la microdissection au laser, afin de sélectionner une sous-population spécifique de cellules (notamment les nocicepteurs lésés ou non-lésés) mais également de prélever le tissu correspondant dans les laminae superficielles. Ce travail est couplé à l'analyse à large spectre du transcriptome par puce ADN (microarray). Par ailleurs, nous avons étudié les courants électriques et les propriétés biophysiques des canaux sodiques (Na,,ls) dans les neurones lésés et non-lésés des DRG. Aussi bien dans le système nerveux périphérique, entre les neurones lésés et non-lésés, qu'au niveau central avec les aires recevant les projections des nocicepteurs lésés ou non-lésés, l'analyse du transcriptome montre des différences de profil d'expression. En effet, nous avons constaté des changements transcriptionnels importants dans les nocicepteurs lésés (1561 gènes, > 1.5x et pairwise comparaison > 77%) ainsi que dans les laminae correspondantes (618 gènes), alors que ces modifications transcriptionelles sont mineures au niveau des nocicepteurs non-lésés (60 gènes), mais important dans leurs laminae de projection (459 gènes). Au niveau des nocicepteurs, en utilisant la classification par groupes fonctionnels (Gene Ontology), nous avons observé que plusieurs processus biologiques sont modifiés. Ainsi des fonctions telles que la traduction des signaux cellulaires, l'organisation du cytosquelette ainsi que les mécanismes de réponse au stress sont affectés. Par contre dans les neurones non-lésés seuls les processus biologiques liés au métabolisme et au développement sont modifiés. Au niveau de la corne dorsale de la moelle, nous avons observé des modifications importantes des processus immuno-inflammatoires dans l'aire affectée par les nerfs lésés et des changements associés à l'organisation et la transmission synaptique au niveau de l'aire des nerfs non-lésés. L'analyse approfondie des canaux sodiques a démontré plusieurs changements d'expression, principalement dans les neurones lésés. Les analyses fonctionnelles n'indiquent aucune différence entre les densités de courant tétrodotoxine-sensible (TTX-S) dans les neurones lésés et non-lésés même si les niveaux d'expression des ARNm des sous-unités TTX-S sont modifiés dans les neurones lésés. L'inactivation basale dépendante du voltage des canaux tétrodotoxine-insensible (TTX-R) est déplacée vers des potentiels positifs dans les cellules lésées et non-lésées. En revanche la vitesse de récupération des courants TTX-S et TTX-R après inactivation est accélérée dans les neurones lésés. Ces changements pourraient être à l'origine de l'altération de l'activité électrique des neurones sensoriels dans le contexte des douleurs neuropathiques. En résumé, ces résultats suggèrent l'existence de mécanismes différenciés affectant les neurones lésés et les neurones adjacents non-lésés lors de la mise en place la douleur neuropathique. De plus, les changements centraux au niveau de la moelle épinière qui surviennent après lésion sont probablement intégrés différemment selon la perception de signaux des neurones périphériques lésés ou non-lésés. En conclusion, ces modulations complexes et distinctes sont probablement des acteurs essentiels impliqués dans la genèse et la persistance des douleurs neuropathiques. ABSTRACT : Neuropathic pain (NP) results from damage or dysfunction of the peripheral or central nervous system. Symptoms associated with NP are severe and difficult to treat. Targeting NP mechanisms and their translation into symptoms may offer a better therapeutic approach.Hyperexcitability of the peripheral and central nervous system occurs in the dorsal root ganglia (DRG) and the dorsal horn (DH) of the spinal cord. We aimed to identify transcriptional variations in injured and in adjacent non-injured nociceptors as well as in corresponding laminae I and II of DH receiving their inputs.We investigated changes one week after the injury induced by the spared nerve injury model of NP. We employed the laser capture microdissection (LCM) for the procurement of specific cell-types (enrichment in nociceptors of injured/non-injured neurons) and laminae in combination with transcriptional analysis by microarray. In addition, we studied functionál properties and currents of sodium channels (Nav1s) in injured and neighboring non-injured DRG neurons.Microarray analysis at the periphery between injured and non-injured DRG neurons and centrally between the area of central projections from injured and non-injured neurons show significant and differential expression patterns. We reported changes in injured nociceptors (1561 genes, > 1.5 fold, >77% pairwise comparison) and in corresponding DH laminae (618 genes), while less modifications occurred in non-injured nociceptors (60 genes) and in corresponding DH laminae (459 genes). At the periphery, we observed by Gene Ontology the involvement of multiple biological processes in injured neurons such as signal transduction, cytoskeleton organization or stress responses. On contrast, functional overrepresentations in non-injured neurons were noted only in metabolic or developmentally related mechanisms. At the level of superficial laminae of the dorsal horn, we reported changes of immune and inflammatory processes in injured-related DH and changes associated with synaptic organization and transmission in DH corresponding to non-injured neurons. Further transcriptional analysis of Nav1s indicated several changes in injured neurons. Functional analyses of Nav1s have established no difference in tetrodotoxin-sensitive (TTX-S) current densities in both injured and non-injured neurons, despite changes in TTX-S Nav1s subunit mRNA levels. The tetrodotoxin-resistant (TTX-R) voltage dependence of steady state inactivation was shifted to more positive potentials in both injured and non-injured neurons, and the rate of recovery from inactivation of TTX-S and TTX-R currents was accelerated in injured neurons. These changes may lead to alterations in neuronal electrogenesis. Taken together, these findings suggest different mechanisms occurring in the injured neurons and the adjacent non-injured ones. Moreover, central changes after injury are probably driven in a different manner if they receive inputs from injured or non-injured neurons. Together, these distinct and complex modulations may contribute to NP.

Effets neurophysiologiques de la stimulation du nerf vague : implication dans le traitement de la dépression résistante et optimisation des paramètres de stimulation

La dépression est une pathologie grave qui, malgré de multiples stratégies thérapeutiques, demeure résistante chez un tiers des patients. Les techniques de stimulation cérébrale sont devenues une alternative intéressante pour les patients résistants à diverses pharmacothérapies. La stimulation du nerf vague (SNV) a ainsi fait preuve de son efficacité en clinique et a récemment été approuvée comme traitement additif pour la dépression résistante. Cependant, les mécanismes d’action de la SNV en rapport avec la dépression n’ont été que peu étudiés. Cette thèse a donc eu comme premier objectif de caractériser l’impact de la SNV sur les différents systèmes monoaminergiques impliqués dans la pathophysiologie de la dépression, à savoir la sérotonine (5-HT), la noradrénaline (NA) et la dopamine (DA), grâce à l’utilisation de techniques électrophysiologiques et de la microdialyse in vivo chez le rat. Des études précliniques avaient déjà révélé qu’une heure de SNV augmente le taux de décharge des neurones NA du locus coeruleus, et que 14 jours de stimulation sont nécessaires pour observer un effet comparable sur les neurones 5-HT. Notre travail a démontré que la SNV modifie aussi le mode de décharge des neurones NA qui présente davantage de bouffées, influençant ainsi la libération terminale de NA, qui est significativement augmentée dans le cortex préfrontal et l’hippocampe après 14 jours. L’augmentation de la neurotransmission NA s’est également manifestée par une élévation de l’activation tonique des récepteurs postsynaptiques α2-adrénergiques de l’hippocampe. Après lésion des neurones NA, nous avons montré que l’effet de la SNV sur les neurones 5-HT était indirect, et médié par le système NA, via l’activation des récepteurs α1-adrénergiques présents sur les neurones du raphé. Aussi, tel que les antidépresseurs classiques, la SNV augmente l’activation tonique des hétérorécepteurs pyramidaux 5-HT1A, dont on connait le rôle clé dans la réponse thérapeutique aux antidépresseurs. Par ailleurs, nous avons constaté que malgré une diminution de l’activité électrique des neurones DA de l’aire tegmentale ventrale, la SNV induit une augmentation de la DA extracellulaire dans le cortex préfrontal et particulièrement dans le noyau accumbens, lequel joue un rôle important dans les comportements de récompense et l’hédonie. Un deuxième objectif a été de caractériser les paramètres optimaux de SNV agissant sur la dépression, en utilisant comme indicateur le taux de décharge des neurones 5-HT. Des modalités de stimulation moins intenses se sont avérées aussi efficaces que les stimulations standards pour augmenter l’activité électrique des neurones 5-HT. Ces nouveaux paramètres de stimulation pourraient s’avérer bénéfiques en clinique, chez des patients ayant déjà répondu à la SNV. Ils pourraient minimiser les effets secondaires reliés aux périodes de stimulation et améliorer ainsi la qualité de vie des patients. Ainsi, ces travaux de thèse ont caractérisé l’influence de la SNV sur les trois systèmes monoaminergiques, laquelle s’avère en partie distincte de celle des antidépresseurs classiques tout en contribuant à son efficacité en clinique. D’autre part, les modalités de stimulation que nous avons définies seraient intéressantes à tester chez des patients recevant la SNV, car elles devraient contribuer à l’amélioration des bénéfices cliniques de cette thérapie.

Neural correlates of affordance competition in dorsal premotor cortex

Le travail présenté dans cette thèse porte sur le rôle du cortex prémoteur dorsal (PMd) au sujet de la prise de décision (sélection d’une action parmis nombreux choix) et l'orientation visuelle des mouvements du bras. L’ouvrage décrit des expériences électrophysiologiques chez le singe éveillé (Macaca mulatta) permettant d’adresser une fraction importante des prédictions proposées par l'hypothèse des affordances concurrentes (Cisek, 2006; Cisek, 2007a). Cette hypothèse suggère que le choix de toute action est l’issue d'une concurrence entre les représentations internes des exigences et des atouts de chacune des options présentées (affordances; Gibson, 1979). Un intérêt particulier est donné au traitement de l'information spatiale et la valeur des options (expected value, EV) dans la prise de décisions. La première étude (article 1) explore la façon dont PMd reflète ces deux paramètres dans la période délai ainsi que de leur intéraction. La deuxième étude (article 2) explore le mécanisme de décision de façon plus détaillée et étend les résultats au cortex prémoteur ventral (PMv). Cette étude porte également sur la représentation spatiale et l’EV dans une perspective d'apprentissage. Dans un environnement nouveau les paramètres spatiaux des actions semblent être présents en tout temps dans PMd, malgré que la représentation de l’EV apparaît uniquement lorsque les animaux commencent à prendre des décisions éclairées au sujet de la valeur des options disponibles. La troisième étude (article 3) explore la façon dont PMd est impliqué aux “changements d'esprit“ dans un procès de décision. Cette étude décrit comment la sélection d’une action est mise à jour à la suite d'une instruction de mouvement (GO signal). I II Les résultats principaux des études sont reproduits par un modèle computationnel (Cisek, 2006) suggérant que la prise de décision entre plusieurs actions alternatives peux se faire par voie d’un mécanisme de concurrence (biased competition) qui aurait lieu dans la même région qui spécifie les actions.

Asociación de desórdenes músculo esqueléticos en región cervical, dorsal y lumbar y factores de riesgo psicosocial en conductores de vehículos de carga en una empresa de transporte terrestre en Bogotá, Colombia.

Este estudio buscó evaluar la asociación de desórdenes músculo esqueléticos en región cervical, dorsal y lumbar identificados mediante el Cuestionario Nórdico en su versión validada al español y los factores de riesgo psicosocial con el Cuestionario del contenido del trabajo (JCQ), en conductores de vehículos de carga de una empresa de transporte terrestre en Bogotá, Colombia; fue un estudio de corte transversal con la participación voluntaria de 125 conductores. Los resultados demostraron mayor prevalencia de trastornos músculo esqueléticos en región lumbar en los últimos 12 meses en el 36% de los participantes y en los últimos tres meses en región cervical con el 17.6%; la prevalencia de factores psicosociales arrojó trabajo de baja tensión en el 29.6%, trabajo activo 26.4%, trabajo con alta tensión 23.2% y trabajo pasivo con el 20.8%. El valor p fue mayor de 0,005 no hallándose asociaciones significativas de desórdenes músculo esqueléticos en región cervical, dorsal y lumbar con factores de riesgo psicosocial.

Estudio de otros compuestos relacionados con la presencia de olor sexual no atribuible al escatol y a la 5@-Androst-16-en-3-ona en grasa dorsal de cerdo

En el presente trabajo de tesis se evalúa la posible contribución de otros compuestos al desarrollo del olor sexual mediante la aplicación de técnicas de Head Space dinámico y cromatografía de filtración de gel. El estudio se efectuó en canales de cerdos enteros previamente clasificadas con concentraciónes bajas de escatol (<0,10 µg /g) y androstenona (0,50 µg/ g) , aunque presentaban , según las respuestas de un panel sensorial, olor sexual. La selección de muestras de grasa clasificadas sin olor sexual permitió la comparación estadística de los resultados obtenidos. El análisis de los compuestos volátiles mostró una mayor abundancia de aldehidos (hexanal, heptanal), ácidos grasos de cadena corta (hexanoico, heptanico nonanoico), 1,4-diclorobenceno y estireno en las muestras de grasa con defecto organoléptico, ue puede, debido a los atributos sensoriales de estas sustancias y sus bajos umbrales de detección, favorecer el desarrollo de aromas desagradables asociados al olor sexual por los miembros de un papel sensorial. El análisis de las fracciones obtenidas por filtración de gel mediante cromatografía de gases acoplada a la espectometría de masas permitió la identificación de la 4-fenil-3-buten-2-ona en las muestras clasificadas con olor sexual y concentraciones bajas de escatol y androstenona, que junto a los resultados obtenidos en el estudio sensorial, indican una influencia de este compuesto en el olor sexual. Por una parte la 4-fenil-3-buten-2-ona presentaría una acción sinérgica con la androstenona al potenciar su detección por parte de los panelistas a concentraciones inferiores de 0,01µg/g. Además, el olor a naftalina que presenta la 4-fenil-3-buten-2-ona puede confundir a los miembros del panel debido a que es uno de los descriptores sensoriales que se asocia con la presencia de escatol en las muestras de grasa evaluadas. Así mismo, la baja transferencia a la fase vapor del escatol y, especialmente, de la androstenona determinada mediante técnicas de Head Space estático, indica que la concentración de cada uno de los compuestos en la fase vapor no se corresponde con la concentración real en las muestras de grasa . Según estos resultados, las respuestas del panel test pueden estar influenciadas por la poca volatilidad de los compuestos implicados en el olor sexual y por la presencia en la fase vapor de otros compuestos aromáticos de mayor volatilidad. La validación de métodos de análisis para la determinación de indol-escatol y androstenona-androstenoles en grasa dorsal porcina mediante cromatografía líquida en fase normal y cromatografía de gases acoplada a la espectrometría de masas, respectivamente, fue otro de los objetivos planteados del presente estudio. La simplificación del tratamiento de las muestras de grasa fue uno de los aspectos analíticos que se tuvo en mayor consideración con la finalidad de ofrecer una mayor capacidad de muestras en un intervalo de tiempo corto.