Characterization of the Caspr2 and NLGN2 ligands: a proteomic and biochemical approach

Autism Spectrum Disorder (ASD) is a range of early-onset conditions classified as neurodevelopmental disorders, characterized by deficits in social interactions and communication, as well as by restricted interest and repetitive behaviors. Among the proteins associated with this spectrum of disease there are Caspr2, α-NRXN1, NLGN1-4. Caspr2 is involved in the clustering of K+ channels at the juxtaparanodes, where it is proposed to bind TAG-1. Recent works reported a synaptic localization of Caspr2, but little is know on its role in this compartment. NRXNs and their ligand NLGNs, instead, have a well-defined role in the formation and maintenance of synapses. Among the neuroligins, NLGN2 binds NRXNs with the lowest affinity, suggesting that it could have other not yet characterized ligands. The aim of this work was to better characterize the binding of Caspr2 to TAG-1 and to identify new potential binding partner for Caspr2 and NLGN2. Unexpectedly, using Isothermal Titration Calorimetry and co-immunoprecipitation experiments the direct association of the first two proteins could not be verified and the results indicate that the first evidences reporting it were biased by false-positive artifacts. These findings, together with the uncharacterized synaptic localization of Caspr2, made the identification of new potential binding partners for this protein necessary. To find new proteins that associate with Caspr2 and NLGN2, affinity chromatography in tandem with mass spectrometry experiments were performed. Interestingly, about 25 new potential partners were found for these two proteins and NLGN1, that was originally included as a control: 5 of those, namely SFRP1, CLU, APOE, CNTN1 and TNR, were selected for further investigations. Only the association of CLU to NLGN2 was confirmed. In the future, screenings of the remaining candidates have to be carried out and the functional role for the proposed NLGN2-CLU complex has to be studied.

Developmental Brain Dysfunction: Revival and Expansion of Old Concepts Based on New Genetic Evidence

Neurodevelopmental disorders can be caused by many different genetic abnormalities that are individually rare but collectively common. Specific genetic causes, including certain copy number variants and single-gene mutations, are shared among disorders that are thought to be clinically distinct. This evidence of variability in the clinical manifestations of individual genetic variants and sharing of genetic causes among clinically distinct brain disorders is consistent with the concept of developmental brain dysfunction, a term we use to describe the abnormal brain function underlying a group of neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders and to encompass a subset of various clinical diagnoses. Although many pathogenic genetic variants are currently thought to be variably penetrant, we hypothesise that when disorders encompassed by developmental brain dysfunction are considered as a group, the penetrance will approach 100%. The penetrance is also predicted to approach 100% when the phenotype being considered is a specific trait, such as intelligence or autistic-like social impairment, and the trait could be assessed using a continuous, quantitative measure to compare probands with non-carrier family members rather than a qualitative, dichotomous trait and comparing probands with the healthy population. Copyright 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Genome-wide analysis of rare copy number variations reveals PARK2 as a candidate gene for attention-deficit/hyperactivity disorder

Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) is a common, highly heritable neurodevelopmental disorder. Genetic loci have not yet been identified by genome-wide association studies. Rare copy number variations (CNVs), such as chromosomal deletions or duplications, have been implicated in ADHD and other neurodevelopmental disorders. To identify rare (frequency 1%) CNVs that increase the risk of ADHD, we performed a whole-genome CNV analysis based on 489 young ADHD patients and 1285 adult population-based controls and identified one significantly associated CNV region. In tests for a global burden of large (>500 kb) rare CNVs, we observed a nonsignificant (P=0.271) 1.126-fold enriched rate of subjects carrying at least one such CNV in the group of ADHD cases. Locus-specific tests of association were used to assess if there were more rare CNVs in cases compared with controls. Detected CNVs, which were significantly enriched in the ADHD group, were validated by quantitative (q)PCR. Findings were replicated in an independent sample of 386 young patients with ADHD and 781 young population-based healthy controls. We identified rare CNVs within the parkinson protein 2 gene (PARK2) with a significantly higher prevalence in ADHD patients than in controls (P=2.8 × 10(-4) after empirical correction for genome-wide testing). In total, the PARK2 locus (chr 6: 162 659 756-162 767 019) harboured three deletions and nine duplications in the ADHD patients and two deletions and two duplications in the controls. By qPCR analysis, we validated 11 of the 12 CNVs in ADHD patients (P=1.2 × 10(-3) after empirical correction for genome-wide testing). In the replication sample, CNVs at the PARK2 locus were found in four additional ADHD patients and one additional control (P=4.3 × 10(-2)). Our results suggest that copy number variants at the PARK2 locus contribute to the genetic susceptibility of ADHD. Mutations and CNVs in PARK2 are known to be associated with Parkinson disease.Molecular Psychiatry advance online publication, 20 November 2012; doi:10.1038/mp.2012.161.

Examining The Genetic, Social-Cognitive, And Neural Correlates Of Autism Spectrum Disorder Behaviors In Typically Developing Chi

Autism spectrum disorders (ASD) are pervasive developmental disorders that affect approximately 1 in 50 children (Blumberg et al., 2013). Due to the social nature of the deficits that characterize the disorders, many have classified them as disorders of social cognition, which is the process that individuals use in order to successfully interact with members of their own species (Frith & Frith, 2007). Previous research has typically neglected the spectrum nature of ASD in favor of a more categorical approach of ¿autistic¿ versus ¿non-autistic,¿ but the spectrum requires a more continuous approach. Thus, the present study sought to examine the genetic, social-cognitive, and neural correlates of ASD-like traits as well as the relationship between these dimensions in typically developing children. Parents and children completed several quantitative measures examining several areas of social-cognitive functioning, including theory of mind and social functioning, restricted/repetitive behaviors and interests, and adaptive/maladaptive functioning. Children were also asked to undergo an EEG and both parents and children contributed a saliva sample that was used to sequence four single nucleotide polymorphisms (SNPs) of the OXTR gene, rs1042778, rs53576, rs2254298, and rs237897. We successfully demonstrated a significant relationship between behavioral measures of social-cognition and differences in face perception via the N170. However, the directionality of these relationships varied based on the behavioral measure and particular N170 difference scores. We also found support for the associations between the G_G allelic combination of rs1042778 and the A_A and A_G allelic combinations of rs2254298 and increased ASD-like behavior with decreased social-cognitive functioning. In contrast, our results contradict previous findings with rs237897 and imply that individuals with the A_A and A_G genotypes are less similar to those with ASD and have higher social cognitive functioning than those with the G_G genotype. In conclusion, we have demonstrated the existence of ASD-like traits in typically developing children and have shown a link between behavioral, genetic, and neural correlates of social-cognition. These findings demonstrate the importance of considering autism as a spectrum disorder and provide support for the move to a more continuous approach to neurodevelopmental disorders.

Early Detection and Treatment of Psychosis: The Bern Child and Adolescent Psychiatric Perspective

Commonly conceptualized as neurodevelopmental disorders of yet poorly understood aetiology, schizophrenia and other nonorganic psychoses remain one of the most debilitating illnesses with often poor outcome despite all progress in treatment of the manifest disorder. Drawing on the frequent poor outcome of psychosis and its association with the frequently extended periods of untreated first-episode psychosis (FEP) including its prodrome, an early detection and treatment of both the FEP and the preceding at-risk mental state (ARMS) have been increasingly studied. Thereby both approaches are confronted with different problems, for example, treatment engagement in FEP and predictive accuracy in ARMS. They share, however, the problems related to the lack of understanding of developmental, that is, age-related, peculiarities and of the presentation and natural course of their cardinal symptoms in the community. Most research on early detection and intervention in FEP and ARMS is still related to clinical psychiatric samples, and little is known about symptom presentation and burden and help-seeking in the general population related to these experiences. Furthermore, in particular in the early detection of an ARMS, studies often address adolescents and young adults alike without consideration of developmental characteristics, thereby applying risk criteria that have been developed predominately in adults. Combining our earlier experiences described in this paper in child and adolescent, and general psychiatry as well as in both lines of research, that is, on early psychosis and its treatment and on the early detection of psychosis, in particular in its very early states by subjective disturbances in terms of basic symptoms, age-related developmental and epidemiological aspects have therefore been made the focus of our current studies in Bern, thus making our line of research unique

De novo loss- or gain-of-function mutations in KCNA2 cause epileptic encephalopathy.

Epileptic encephalopathies are a phenotypically and genetically heterogeneous group of severe epilepsies accompanied by intellectual disability and other neurodevelopmental features. Using next-generation sequencing, we identified four different de novo mutations in KCNA2, encoding the potassium channel KV1.2, in six isolated patients with epileptic encephalopathy (one mutation recurred three times independently). Four individuals presented with febrile and multiple afebrile, often focal seizure types, multifocal epileptiform discharges strongly activated by sleep, mild to moderate intellectual disability, delayed speech development and sometimes ataxia. Functional studies of the two mutations associated with this phenotype showed almost complete loss of function with a dominant-negative effect. Two further individuals presented with a different and more severe epileptic encephalopathy phenotype. They carried mutations inducing a drastic gain-of-function effect leading to permanently open channels. These results establish KCNA2 as a new gene involved in human neurodevelopmental disorders through two different mechanisms, predicting either hyperexcitability or electrical silencing of KV1.2-expressing neurons.

16p11.2 600 kb Duplications confer risk for typical and atypical Rolandic epilepsy

Rolandic epilepsy (RE) is the most common idiopathic focal childhood epilepsy. Its molecular basis is largely unknown and a complex genetic etiology is assumed in the majority of affected individuals. The present study tested whether six large recurrent copy number variants at 1q21, 15q11.2, 15q13.3, 16p11.2, 16p13.11 and 22q11.2 previously associated with neurodevelopmental disorders also increase risk of RE. Our association analyses revealed a significant excess of the 600 kb genomic duplication at the 16p11.2 locus (chr16: 29.5-30.1 Mb) in 393 unrelated patients with typical (n = 339) and atypical (ARE; n = 54) RE compared with the prevalence in 65,046 European population controls (5/393 cases versus 32/65,046 controls; Fisher's exact test P = 2.83 × 10(-6), odds ratio = 26.2, 95% confidence interval: 7.9-68.2). In contrast, the 16p11.2 duplication was not detected in 1738 European epilepsy patients with either temporal lobe epilepsy (n = 330) and genetic generalized epilepsies (n = 1408), suggesting a selective enrichment of the 16p11.2 duplication in idiopathic focal childhood epilepsies (Fisher's exact test P = 2.1 × 10(-4)). In a subsequent screen among children carrying the 16p11.2 600 kb rearrangement we identified three patients with RE-spectrum epilepsies in 117 duplication carriers (2.6%) but none in 202 carriers of the reciprocal deletion. Our results suggest that the 16p11.2 duplication represents a significant genetic risk factor for typical and atypical RE.

Personalisation of intelligent homecare services adapted to children with motor impairments

Ambient Intelligence could support innovative application domains like motor impairments' detection at the home environment. This research aims to prevent neurodevelopmental disorders through the natural interaction of the children with embedded intelligence daily life objects, like home furniture and toys. Designed system uses an interoperable platform to provide two intelligent interrelated home healthcare services: monitoring of children¿s abilities and completion of early stimulation activities. A set of sensors, which are embedded within the rooms, toys and furniture, allows private data gathering about the child's interaction with the environment. This information feeds a reasoning subsystem, which encloses an ontology of neurodevelopment items, and adapts the service to the age and acquisition of expected abilities. Next, the platform proposes customized stimulation services by taking advantage of the existing facilities at the child's environment. The result integrates Embedded Sensor Systems for Health at Mälardalen University with UPM Smart Home, for adapted services delivery.

Dopamine transporters are markedly reduced in Lesch-Nyhan disease in vivo.

Dopamine (DA) deficiency has been implicated in Lesch-Nyhan disease (LND), a genetic disorder that is characterized by hyperuricemia, choreoathetosis, dystonia, and compulsive self-injury. To establish that DA deficiency is present in LND, the ligand WIN-35,428, which binds to DA transporters, was used to estimate the density of DA-containing neurons in the caudate and putamen of six patients with classic LND. Comparisons were made with 10 control subjects and 3 patients with Rett syndrome. Three methods were used to quantify the binding of the DA transporter so that its density could be estimated by a single dynamic positron emission tomography study. These approaches included the caudate- or putamen-to-cerebellum ratio of ligand at 80-90 min postinjection, kinetic analysis of the binding potential [Bmax/(Kd x Vd)] using the assumption of equal partition coefficients in the striatum and the cerebellum, and graphical analysis of the binding potential. Depending on the method of analysis, a 50-63% reduction of the binding to DA transporters in the caudate, and a 64-75% reduction in the putamen of the LND patients was observed compared to the normal control group. When LND patients were compared to Rett syndrome patients, similar reductions were found in the caudate (53-61%) and putamen (67-72%) in LND patients. Transporter binding in Rett syndrome patients was not significantly different from the normal controls. Finally, volumetric magnetic resonance imaging studies detected a 30% reduction in the caudate volume of LND patients. To ensure that a reduction in the caudate volume would not confound the results, a rigorous partial volume correction of the caudate time activity curve was performed. This correction resulted in an even greater decrease in the caudate-cerebellar ratio in LND patients when contrasted to controls. To our knowledge, these findings provide the first in vivo documentation of a dopaminergic reduction in LND and illustrate the role of positron emission tomography imaging in investigating neurodevelopmental disorders.

Bases moléculaires et cellulaires d’un trouble neurodéveloppemental causé par l’haploinsuffisance de SYNGAP1

La déficience intellectuelle est la cause d’handicap la plus fréquente chez l’enfant. De nombreuses évidences convergent vers l’idée selon laquelle des altérations dans les gènes synaptiques puissent expliquer une fraction significative des affections neurodéveloppementales telles que la déficience intellectuelle ou encore l’autisme. Jusqu’à récemment, la majorité des mutations associées à la déficience intellectuelle a été liée au chromosome X ou à la transmission autosomique récessive. D’un autre côté, plusieurs études récentes suggèrent que des mutations de novo dans des gènes à transmission autosomique dominante, requis dans les processus de la plasticité synaptique peuvent être à la source d’une importante fraction des cas de déficience intellectuelle non syndromique. Par des techniques permettant la capture de l’exome et le séquençage de l’ADN génomique, notre laboratoire a précédemment reporté les premières mutations pathogéniques dans le gène à transmission autosomique dominante SYNGAP1. Ces dernières ont été associées à des troubles comportementaux tels que la déficience intellectuelle, l’inattention, des problèmes d’humeur, d’impulsivité et d’agressions physiques. D’autres patients sont diagnostiqués avec des troubles autistiques et/ou des formes particulières d’épilepsie généralisée. Chez la souris, le knock-out constitutif de Syngap1 (souris Syngap1+/-) résulte en des déficits comme l’hyperactivité locomotrice, une réduction du comportement associée à l’anxiété, une augmentation du réflexe de sursaut, une propension à l’isolation, des problèmes dans le conditionnement à la peur, des troubles dans les mémoires de travail, de référence et social. Ainsi, la souris Syngap1+/- représente un modèle approprié pour l’étude des effets délétères causés par l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur le développement de circuits neuronaux. D’autre part, il est de première importance de statuer si les mutations humaines aboutissent à l’haploinsuffisance de la protéine. SYNGAP1 encode pour une protéine à activité GTPase pour Ras. Son haploinsuffisance entraîne l’augmentation des niveaux d’activité de Ras, de phosphorylation de ERK, cause une morphogenèse anormale des épines dendritiques et un excès dans la concentration des récepteurs AMPA à la membrane postsynaptique des neurones excitateurs. Plusieurs études suggèrent que l’augmentation précoce de l’insertion des récepteurs AMPA au sein des synapses glutamatergiques contribue à certains phénotypes observés chez la souris Syngap1+/-. En revanche, les conséquences de l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur les circuits neuronaux GABAergiques restent inconnues. Les enjeux de mon projet de PhD sont: 1) d’identifier l’impact de mutations humaines dans la fonction de SYNGAP1; 2) de déterminer si SYNGAP1 contribue au développement et à la fonction des circuits GABAergiques; 3) de révéler comment l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux circuits GABAergiques affecte le comportement et la cognition. Nous avons publié les premières mutations humaines de type faux-sens dans le gène SYNGAP1 (c.1084T>C [p.W362R]; c.1685C>T [p.P562L]) ainsi que deux nouvelles mutations tronquantes (c.2212_2213del [p.S738X]; c.283dupC [p.H95PfsX5]). Ces dernières sont toutes de novo à l’exception de c.283dupC, héritée d’un père mosaïque pour la même mutation. Dans cette étude, nous avons confirmé que les patients pourvus de mutations dans SYNGAP1 présentent, entre autre, des phénotypes associés à des troubles comportementaux relatifs à la déficience intellectuelle. En culture organotypique, la transfection biolistique de l’ADNc de Syngap1 wild-type dans des cellules pyramidales corticales réduit significativement les niveaux de pERK, en fonction de l’activité neuronale. Au contraire les constructions plasmidiques exprimant les mutations W362R, P562L, ou celle précédemment répertoriée R579X, n’engendre aucun effet significatif sur les niveaux de pERK. Ces résultats suggèrent que ces mutations faux-sens et tronquante résultent en la perte de la fonction de SYNGAP1 ayant fort probablement pour conséquences d’affecter la régulation du développement cérébral. Plusieurs études publiées suggèrent que les déficits cognitifs associés à l’haploinsuffisance de SYNGAP1 peuvent émerger d’altérations dans le développement des neurones excitateurs glutamatergiques. Toutefois, si, et auquel cas, de quelle manière ces mutations affectent le développement des interneurones GABAergiques résultant en un déséquilibre entre l’excitation et l’inhibition et aux déficits cognitifs restent sujet de controverses. Par conséquent, nous avons examiné la contribution de Syngap1 dans le développement des circuits GABAergiques. A cette fin, nous avons généré une souris mutante knockout conditionnelle dans laquelle un allèle de Syngap1 est spécifiquement excisé dans les interneurones GABAergiques issus de l’éminence ganglionnaire médiale (souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+). En culture organotypique, nous avons démontré que la réduction de Syngap1 restreinte aux interneurones inhibiteurs résulte en des altérations au niveau de leur arborisation axonale et dans leur densité synaptique. De plus, réalisés sur des coupes de cerveau de souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+, les enregistrements des courants inhibiteurs postsynaptiques miniatures (mIPSC) ou encore de ceux évoqués au moyen de l’optogénétique (oIPSC) dévoilent une réduction significative de la neurotransmission inhibitrice corticale. Enfin, nous avons comparé les performances de souris jeunes adultes Syngap1+/-, Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ à celles de leurs congénères contrôles dans une batterie de tests comportementaux. À l’inverse des souris Syngap1+/-, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ ne présentent pas d’hyperactivité locomotrice, ni de comportement associé à l’anxiété. Cependant, elles démontrent des déficits similaires dans la mémoire de travail et de reconnaissance sociale, suggérant que l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux interneurones GABAergiques dérivés de l’éminence ganglionnaire médiale récapitule en partie certains des phénotypes cognitifs observés chez la souris Syngap1+/-. Mes travaux de PhD établissent pour la première fois que les mutations humaines dans le gène SYNGAP1 associés à la déficience intellectuelle causent la perte de fonction de la protéine. Mes études dévoilent, également pour la première fois, l’influence significative de ce gène dans la régulation du développement et de la fonction des interneurones. D’admettre l’atteinte des cellules GABAergiques illustre plus réalistement la complexité de la déficience intellectuelle non syndromique causée par l’haploinsuffisance de SYNGAP1. Ainsi, seule une compréhension raffinée de cette condition neurodéveloppementale pourra mener à une approche thérapeutique adéquate.

Évaluation électrophysiologique auditive et examen du langage et de l’attention chez l’enfant né prématurément et l’enfant né à terme

L’objectif de cette thèse est l’étude du développement de l’attention auditive et des capacités de discrimination langagière chez l’enfant né prématurément ou à terme. Les derniers mois de grossesse sont particulièrement importants pour le développement cérébral de l’enfant et les conséquences d’une naissance prématurée sur le développement peuvent être considérables. Les enfants nés prématurément sont plus à risque de développer une variété de troubles neurodéveloppementaux que les enfants nés à terme. Même en l’absence de dommages cérébraux visibles, de nombreux enfants nés avant terme sont à risque de présenter des troubles tels que des retards langagiers ou des difficultés attentionnelles. Dans cette thèse, nous proposons donc une méthode d’investigation des processus préattentionnels auditifs et de discrimination langagière, à l’aide de l’électrophysiologie à haute densité et des potentiels évoqués auditifs (PEAs). Deux études ont été réalisées. La première visait à mettre sur pied un protocole d’évaluation de l’attention auditive et de la discrimination langagière chez l’enfant en santé, couvrant différents stades de développement (3 à 7 ans, 8 à 13 ans, adultes ; N = 40). Pour ce faire, nous avons analysé la composante de Mismatch Negativity (MMN) évoquée par la présentation de sons verbaux (syllabes /Ba/ et /Da/) et non verbaux (tons synthétisés, Ba : 1578 Hz/2800 Hz ; Da : 1788 Hz/2932 Hz). Les résultats ont révélé des patrons d’activation distincts en fonction de l’âge et du type de stimulus présenté. Chez tous les groupes d’âge, la présentation des stimuli non verbaux a évoqué une MMN de plus grande amplitude et de latence plus rapide que la présentation des stimuli verbaux. De plus, en réponse aux stimuli verbaux, les deux groupes d’enfants (3 à 7 ans, 8 à 13 ans) ont démontré une MMN de latence plus tardive que celle mesurée dans le groupe d’adultes. En revanche, en réponse aux stimuli non verbaux, seulement le groupe d’enfants de 3 à 7 ans a démontré une MMN de latence plus tardive que le groupe d’adulte. Les processus de discrimination verbaux semblent donc se développer plus tardivement dans l’enfance que les processus de discrimination non verbaux. Dans la deuxième étude, nous visions à d’identifier les marqueurs prédictifs de déficits attentionnels et langagiers pouvant découler d’une naissance prématurée à l’aide des PEAs et de la MMN. Nous avons utilisé le même protocole auprès de 74 enfants âgés de 3, 12 et 36 mois, nés prématurément (avant 34 semaines de gestation) ou nés à terme (au moins 37 semaines de gestation). Les résultats ont révélé que les enfants nés prématurément de tous les âges démontraient un délai significatif dans la latence de la réponse MMN et de la P150 par rapport aux enfants nés à terme lors de la présentation des sons verbaux. De plus, les latences plus tardives de la MMN et de la P150 étaient également corrélées à des performances langagières plus faibles lors d’une évaluation neurodéveloppementale. Toutefois, aucune différence n’a été observée entre les enfants nés à terme ou prématurément lors de la discrimination des stimuli non verbaux, suggérant des capacités préattentionnelles auditives préservées chez les enfants prématurés. Dans l’ensemble, les résultats de cette thèse indiquent que les processus préattentionnels auditifs se développent plus tôt dans l'enfance que ceux associés à la discrimination langagière. Les réseaux neuronaux impliqués dans la discrimination verbale sont encore immatures à la fin de l'enfance. De plus, ceux-ci semblent être particulièrement vulnérables aux impacts physiologiques liés à la prématurité. L’utilisation des PEAs et de la MMN en réponse aux stimuli verbaux en bas âge peut fournir des marqueurs prédictifs des difficultés langagières fréquemment observées chez l’enfant prématuré.

Trouble du spectre de l’autisme : Une agentivité morale objective, rigoriste et émotionnelle

Article

Évaluation électrophysiologique auditive et examen du langage et de l’attention chez l’enfant né prématurément et l’enfant né à terme

L’objectif de cette thèse est l’étude du développement de l’attention auditive et des capacités de discrimination langagière chez l’enfant né prématurément ou à terme. Les derniers mois de grossesse sont particulièrement importants pour le développement cérébral de l’enfant et les conséquences d’une naissance prématurée sur le développement peuvent être considérables. Les enfants nés prématurément sont plus à risque de développer une variété de troubles neurodéveloppementaux que les enfants nés à terme. Même en l’absence de dommages cérébraux visibles, de nombreux enfants nés avant terme sont à risque de présenter des troubles tels que des retards langagiers ou des difficultés attentionnelles. Dans cette thèse, nous proposons donc une méthode d’investigation des processus préattentionnels auditifs et de discrimination langagière, à l’aide de l’électrophysiologie à haute densité et des potentiels évoqués auditifs (PEAs). Deux études ont été réalisées. La première visait à mettre sur pied un protocole d’évaluation de l’attention auditive et de la discrimination langagière chez l’enfant en santé, couvrant différents stades de développement (3 à 7 ans, 8 à 13 ans, adultes ; N = 40). Pour ce faire, nous avons analysé la composante de Mismatch Negativity (MMN) évoquée par la présentation de sons verbaux (syllabes /Ba/ et /Da/) et non verbaux (tons synthétisés, Ba : 1578 Hz/2800 Hz ; Da : 1788 Hz/2932 Hz). Les résultats ont révélé des patrons d’activation distincts en fonction de l’âge et du type de stimulus présenté. Chez tous les groupes d’âge, la présentation des stimuli non verbaux a évoqué une MMN de plus grande amplitude et de latence plus rapide que la présentation des stimuli verbaux. De plus, en réponse aux stimuli verbaux, les deux groupes d’enfants (3 à 7 ans, 8 à 13 ans) ont démontré une MMN de latence plus tardive que celle mesurée dans le groupe d’adultes. En revanche, en réponse aux stimuli non verbaux, seulement le groupe d’enfants de 3 à 7 ans a démontré une MMN de latence plus tardive que le groupe d’adulte. Les processus de discrimination verbaux semblent donc se développer plus tardivement dans l’enfance que les processus de discrimination non verbaux. Dans la deuxième étude, nous visions à d’identifier les marqueurs prédictifs de déficits attentionnels et langagiers pouvant découler d’une naissance prématurée à l’aide des PEAs et de la MMN. Nous avons utilisé le même protocole auprès de 74 enfants âgés de 3, 12 et 36 mois, nés prématurément (avant 34 semaines de gestation) ou nés à terme (au moins 37 semaines de gestation). Les résultats ont révélé que les enfants nés prématurément de tous les âges démontraient un délai significatif dans la latence de la réponse MMN et de la P150 par rapport aux enfants nés à terme lors de la présentation des sons verbaux. De plus, les latences plus tardives de la MMN et de la P150 étaient également corrélées à des performances langagières plus faibles lors d’une évaluation neurodéveloppementale. Toutefois, aucune différence n’a été observée entre les enfants nés à terme ou prématurément lors de la discrimination des stimuli non verbaux, suggérant des capacités préattentionnelles auditives préservées chez les enfants prématurés. Dans l’ensemble, les résultats de cette thèse indiquent que les processus préattentionnels auditifs se développent plus tôt dans l'enfance que ceux associés à la discrimination langagière. Les réseaux neuronaux impliqués dans la discrimination verbale sont encore immatures à la fin de l'enfance. De plus, ceux-ci semblent être particulièrement vulnérables aux impacts physiologiques liés à la prématurité. L’utilisation des PEAs et de la MMN en réponse aux stimuli verbaux en bas âge peut fournir des marqueurs prédictifs des difficultés langagières fréquemment observées chez l’enfant prématuré.

Intrauterine growth restriction due to uteroplacental vascular insufficiency leads to increased hypoxia-induced cerebral apoptosis in newborn piglets

Uteroplacental vascular insufficiency in humans is a common cause of intrauterine growth restriction (IUGR) and is associated with an increased incidence of perinatal asphyxia and neurodevelopmental disorders compared to normal weight newborns. Experimental models that provide an opportunity to analyze the pathogenesis of these relationships are limited. Here, we used neonatal pigs from large litters in which there were piglets of normal birth weight (for controls) and of low birth weight (for uteroplacental vascular insufficiency). Hypoxia was induced in paired littermates by reducing the fraction of inspired oxygen to 4% for 25 min. Brain tissue was collected 4 h post-hypoxia. Cerebral levels of apoptosis were quantified morphologically and verified with caspase-3 activity and TUNEL. Expression of Bcl-2, BcI-XL and Bax proteins was investigated using immunohistochemistry. Cellular positivity for Bcl-2 was consistently higher in the non-apoptotic white matter of the hypoxic IUGR animals compared with their littermates and reached significance at P < 0.05 in several pairs of littermates. Alterations in Bax showed a trend towards higher expression in the hypoxic IUGR littermates but rarely reached significance. The IUGR piglets showed a significantly greater amount of apoptosis in response to the hypoxia than the normal weight piglets, suggesting an increased vulnerability to apoptosis in the IUGR piglets. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Interval timing in children:effects of auditory and visual pacing stimuli and relationships with reading and attention variables

Motor timing tasks have been employed in studies of neurodevelopmental disorders such as developmental dyslexia and ADHD, where they provide an index of temporal processing ability. Investigations of these disorders have used different stimulus parameters within the motor timing tasks which are likely to affect performance measures. Here we assessed the effect of auditory and visual pacing stimuli on synchronised motor timing performance and its relationship with cognitive and behavioural predictors that are commonly used in the diagnosis of these highly prevalent developmental disorders. Twenty- one children (mean age 9.6 years) completed a finger tapping task in two stimulus conditions, together with additional psychometric measures. As anticipated, synchronisation to the beat (ISI 329 ms) was less accurate in the visually paced condition. Decomposition of timing variance indicated that this effect resulted from differences in the way that visual and auditory paced tasks are processed by central timekeeping and associated peripheral implementation systems. The ability to utilise an efficient processing strategy on the visual task correlated with both reading and sustained attention skills. Dissociations between these patterns of relationship across task modality suggest that not all timing tasks are equivalent.