Putative neuroprotective compounds in in vitro models of dopaminergic neurodegeneration

Parkinson´s disease (PD) is a debilitating age-related neurological disorder that affects various motor skills and can lead to a loss of cognitive functions. The motor symptoms are the result of the progressive degeneration of dopaminergic neurons within the substantia nigra. The factors that influence the pathogenesis and the progression of the neurodegeneration remain mostly unclear. This study investigated the role of various programmed cell death (PCD) pathways, oxidative stress, and glial cells both in dopaminergic neurodegeneration and in the protective action of various drugs. To this end, we exposed dopaminergic neuroblastoma cells (SH-SY5Y cells) to 6-OHDA, which produces oxidative stress and activates various PCD modalities that result in neuronal degeneration. Additionally, to explore the role of glia, we prepared rat midbrain primary mixed-cell cultures containing both neurons and glial cell types such as microglia and astroglia and then exposed the cultures to either MPP plus or lipopolysaccharide. Our results revealed that 6-OHDA activated several PCD pathways including apoptosis, autophagic stress, lysosomal membrane permeabilization, and perhaps paraptosis in SH-SY5Y cells. Furthermore, we found that minocycline protected SH-SY5Y cells from 6-OHDA by inhibiting both apoptotic and non-apoptotic PCD modalities. We also observed an inconsistent neuroprotective effect of various dietary anti-oxidant compounds against 6-OHDA toxicity in vitro in SH-SY5Y cells. Specifically, quercetin and curcumin exerted neuroprotection only within a narrow concentration range and a limited time frame, whereas resveratrol and epigallocatechin 3-gallate provided no protection whatsoever. Lastly, we found that molecules such as amantadine may delay or even halt the neurodegeneration in primary cell cultures by inhibiting the release of neurotoxic factors from overactivated microglia and by enhancing the pro-survival actions of astroglia. Together these data suggest that the strategy of dampening oxidative species with anti-oxidants is less effective than preventing the production of toxic factors such as oxidative and pro-inflammatory molecules by pathologically activated microglia. This would subsequently prevent the activation of various PCD modalities that cause neuronal degeneration.

Enhanced J-protein interaction and compromised protein stability of mtHsp70 variants lead to mitochondrial dysfunction in Parkinsons disease

Parkinsons disease (PD) is the second most prevalent progressive neurological disorder commonly associated with impaired mitochondrial function in dopaminergic neurons. Although familial PD is multifactorial in nature, a recent genetic screen involving PD patients identified two mitochondrial Hsp70 variants (P509S and R126W) that are suggested in PD pathogenesis. However, molecular mechanisms underlying how mtHsp70 PD variants are centrally involved in PD progression is totally elusive. In this article, we provide mechanistic insights into the mitochondrial dysfunction associated with human mtHsp70 PD variants. Biochemically, the R126W variant showed severely compromised protein stability and was found highly susceptible to aggregation at physiological conditions. Strikingly, on the other hand, the P509S variant exhibits significantly enhanced interaction with J-protein cochaperones involved in folding and import machinery, thus altering the overall regulation of chaperone-mediated folding cycle and protein homeostasis. To assess the impact of mtHsp70 PD mutations at the cellular level, we developed yeast as a model system by making analogous mutations in Ssc1 ortholog. Interestingly, PD mutations in yeast (R103W and P486S) exhibit multiple in vivo phenotypes, which are associated with omitochondrial dysfunction', including compromised growth, impairment in protein translocation, reduced functional mitochondrial mass, mitochondrial DNA loss, respiratory incompetency and increased susceptibility to oxidative stress. In addition to that, R103W protein is prone to aggregate in vivo due to reduced stability, whereas P486S showed enhanced interaction with J-proteins, thus remarkably recapitulating the cellular defects that are observed in human PD variants. Taken together, our findings provide evidence in favor of direct involvement of mtHsp70 as a susceptibility factor in PD.

Transcriptome of embryonic and neonatal mouse cortex by high-throughput RNA sequencing

Brain structure and function experience dramatic changes from embryonic to postnatal development. Microarray analyses have detected differential gene expression at different stages and in disease models, but gene expression information during early brain development is limited. We have generated >27 million reads to identify mRNAs from the mouse cortex for>16,000 genes at either embryonic day 18 (E18) or postnatal day 7 (P7), a period of significant synapto-genesis for neural circuit formation. In addition, we devised strategies to detect alternative splice forms and uncovered more splice variants. We observed differential expression of 3,758 genes between the 2 stages, many with known functions or predicted to be important for neural development. Neurogenesis-related genes, such as those encoding Sox4, Sox11, and zinc-finger proteins, were more highly expressed at E18 than at P7. In contrast, the genes encoding synaptic proteins such as synaptotagmin, complexin 2, and syntaxin were up-regulated from E18 to P7. We also found that several neurological disorder-related genes were highly expressed at E18. Our transcriptome analysis may serve as a blueprint for gene expression pattern and provide functional clues of previously unknown genes and disease-related genes during early brain development.

Mapping the gene for autosomal dominant restless legs syndrome in an Irish family

Restless Legs Syndrome (RLS) is a common neurological disorder affecting nearly 15% of the general population. Ironically, RLS can be described as the most common condition one has never heard of. It is usually characterised by uncomfortable, unpleasant sensations in the lower limbs inducing an uncontrollable desire to move the legs. RLS exhibits a circadian pattern with symptoms present predominantly in the evening or at night, thus leading to sleep disruption and daytime somnolence. RLS is generally classified into primary (idiopathic) and secondary (symptomatic) forms. Primary RLS includes sporadic and familial cases of which the age of onset is usually less than 45 years and progresses slowly with a female to male ratio of 2:1. Secondary forms often occur as a complication of another health condition, such as iron deficiency or thyroid dysfunction. The age of onset is usually over 45 years, with an equal male to female ratio and more rapid progression. Ekbom described the familial component of the disorder in 1945 and since then many studies have been published on the familial forms of the disorder. Molecular genetic studies have so far identified ten loci (5q, 12q, 14p, 9p, 20p, 16p, 19p, 4q, 17p). No specific gene within these loci has been identified thus far. Association mapping has highlighted a further five areas of interest. RLS6 has been found to be associated with SNPs in the BTBD9 gene. Four other variants were found within intronic and intergenic regions of MEIS1, MAP2K5/LBXCOR1, PTPRD and NOS1. The pathophysiology of RLS is complex and remains to be fully elucidated. Conditions associated with secondary RLS, such as pregnancy or end-stage renal disease, are characterised by iron deficiency, which suggests that disturbed iron homeostasis plays a role. Dopaminergic dysfunction in subcortical systems also appears to play a central role. An ongoing study within the Department of Pathology (University College Cork) is investigating the genetic characteristics of RLS in Irish families. A three generation RLS pedigree RLS3002 consisting of 11 affected and 7 unaffected living family members was recruited. The family had been examined for four of the known loci (5q, 12q, 14p and 9p) (Abdulrahim 2008). The aim of this study was to continue examining this Irish RLS pedigree for possible linkage to the previously described loci and associated regions. Using informative microsatellite markers linkage was excluded to the loci on 5q, 12q, 14p, 9p, 20p, 16p, 19p, 4q, 17p and also within the regions reported to be associated with RLS. This suggested the presence of a new unidentified locus. A genome-wide scan was performed using two microsatellite marker screening sets (Research Genetics Inc. Mapping set and the Applied Biosystems Linkage mapping set version 2.5). Linkage analysis was conducted under an autosomal dominant model with a penetrance of 95% and an allele frequency of 0.01. A maximum LOD score of 3.59 at θ=0.00 for marker D19S878 indicated significant linkage on chromosome 19p. Haplotype analysis defined a genetic region of 6.57 cM on chromosome 19p13.3, corresponding to 2.5 Mb. There are approximately 100 genes annotated within the critical region. Sequencing of two candidate genes, KLF16 and GAMT, selected on the assumed pathophysiology of RLS, did not identify any sequence variant. This study provides evidence of a novel RLS locus in an Irish pedigree, thus supporting the picture of RLS as a genetically heterogeneous trait.

Removing Oneself from the Shadows: A Heuristic Inquiry to Understand the Lived Experience of Epilepsy in Young Adult Women and their Epilepsy Disclosure

Epilepsy is a chronic neurological disorder characterized by recurrent seizures (Stein & Kanner, 2009). The purpose of this study was to understand the essence of being a young woman living with epilepsy using heuristic inquiry (Moustakas, 1990). The research was built upon the assumption that each experience is unique, yet commonalities exist. Five women aged 22 to 28 years living with epilepsy were interviewed. Additionally, the researcher described her life with epilepsy. Participants characterized life with epilepsy as a transformative journey. The act of meeting and interacting with another woman living with epilepsy provided an opportunity to remove themselves from the shadows and discuss epilepsy. Three major themes of seizures, medical treatment, and social relationships were developed revealing a complex view of an illness requiring engaged advocacy in the medical system. Respondents frequently make difficult adjustments to accommodate epilepsy. This study provides a complex in-depth view of life with epilepsy.

Étude sur le rôle des déséquilibres génomiques dans le Syndrome d’Impatiences Musculaires de l’Éveil

Le Syndrome d’Impatiences Musculaires de l’Éveil (SIME) est une maladie neurologique caractérisée par un besoin urgent de bouger les jambes. C’est également l’une des causes les plus fréquentes d’insomnie. C’est une maladie très répandue, avec une prévalence de presque 15 % dans la population générale. Les maladies multifactorielles comme le SIME sont souvent le résultat de l’évolution d’une composante génétique et d’une composante environnementale. Dans le cadre du SIME, les études d’association génomique ont permis l’identification de 4 variants à effet modéré ou faible. Cependant, ces quatre variants n’expliquent qu’une faible partie de la composante génétique de la maladie, ce qui confirme que plusieurs nouveaux variants sont encore à identifier. Le rôle des déséquilibres génomiques (Copy Number Variations ou CNVs) dans le mécanisme génétique du SIME est à ce jour inconnu. Cependant, les CNVs se sont récemment positionnés comme une source d’intérêt majeur de variation génétique potentiellement responsable des phénotypes. En collaboration avec une équipe de Munich, nous avons réalisé deux études CNVs à échelle génomique (biopuces à SNP et hybridation génomique comparée (CGH)) sur des patients SIME d’ascendance germanique. À l’aide d’une étude cas-contrôle, nous avons pu identifier des régions avec une occurrence de CNVs différentes pour les patients SIME, comparés à différents groupes contrôles. L’une de ces régions est particulièrement intéressante, car elle est concordante à la fois avec des précédentes études familiales ainsi qu’avec les récentes études d’associations génomiques.

Recherche des facteurs génétiques à l’origine de la maladie de Parkinson dans la population canadienne-française du Québec

La maladie de Parkinson (MP) est une affection neurodégénérative invalidante et incurable. Il est maintenant clairement établi que d’importants déterminants génétiques prédisposent à son apparition. La recherche génétique sur des formes familiales de la MP a mené à la découverte d’un minimum de six gènes causatifs (SNCA, LRRK2, Parkin, PINK1, DJ-1 and GBA) et certains, par exemple LRRK2, contiennent des variations génétiques qui prédisposent également aux formes sporadiques. La caractérisation des protéines codées par ces gènes a mené à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires sousjacents. Toutefois, en dépit de ces efforts, les causes menant à l’apparition de la MP restent inconnues pour la majorité des patients. L’objectif général des présents travaux était d’identifier des mutations prédisposant à la MP dans la population canadienne-française du Québec à partir d’une cohorte composée principalement de patients sporadiques. Le premier volet de ce projet consistait à déterminer la présence de mutations de LRRK2 dans notre cohorte en séquençant directement les exons contenant la majorité des mutations pathogéniques et en effectuant une étude d’association. Nous n’avons identifié aucune mutation et l’étude d’association s’est avérée négative, suggérant ainsi que LRRK2 n’est pas une cause significative de la MP dans la population canadienne-française. La deuxième partie du projet avait pour objectif d’identifier de nouveaux gènes causatifs en séquençant directement des gènes candidats choisis à cause de leurs implications dans différents mécanismes moléculaires sous-tendant la MP. Notre hypothèse de recherche était basée sur l’idée que la MP est principalement due à des mutations individuellement rares dans un grand nombre de gènes différents. Nous avons identifié des mutations rares dans les gènes PICK1 et MFN1. Le premier code pour une protéine impliquée dans la régulation de la transmission du glutamate tandis que le second est un des acteurs-clés du processus de fusion mitochondriale. Nos résultats, qui devront être répliqués, suggèrent que le séquençage à grande échelle pourrait être une méthode prometteuse d’élucidation des facteurs de prédisposition génétiques à la MP ; ils soulignent l’intérêt d’utiliser une population fondatrice comme les canadiens-français pour ce type d’étude et devraient permettre d’approfondir les connaissances sur la pathogénèse moléculaire de la MP.

Apport de nouvelles techniques dans l’évaluation de patients candidats à une chirurgie d’épilepsie : résonance magnétique à haut champ, spectroscopie proche infrarouge et magnétoencéphalographie

L'épilepsie constitue le désordre neurologique le plus fréquent après les maladies cérébrovasculaires. Bien que le contrôle des crises se fasse généralement au moyen d'anticonvulsivants, environ 30 % des patients y sont réfractaires. Pour ceux-ci, la chirurgie de l'épilepsie s'avère une option intéressante, surtout si l’imagerie par résonance magnétique (IRM) cérébrale révèle une lésion épileptogène bien délimitée. Malheureusement, près du quart des épilepsies partielles réfractaires sont dites « non lésionnelles ». Chez ces patients avec une IRM négative, la délimitation de la zone épileptogène doit alors reposer sur la mise en commun des données cliniques, électrophysiologiques (EEG de surface ou intracrânien) et fonctionnelles (tomographie à émission monophotonique ou de positrons). La faible résolution spatiale et/ou temporelle de ces outils de localisation se traduit par un taux de succès chirurgical décevant. Dans le cadre de cette thèse, nous avons exploré le potentiel de trois nouvelles techniques pouvant améliorer la localisation du foyer épileptique chez les patients avec épilepsie focale réfractaire considérés candidats potentiels à une chirurgie d’épilepsie : l’IRM à haut champ, la spectroscopie proche infrarouge (SPIR) et la magnétoencéphalographie (MEG). Dans une première étude, nous avons évalué si l’IRM de haut champ à 3 Tesla (T), présentant théoriquement un rapport signal sur bruit plus élevé que l’IRM conventionnelle à 1,5 T, pouvait permettre la détection des lésions épileptogènes subtiles qui auraient été manquées par cette dernière. Malheureusement, l’IRM 3 T n’a permis de détecter qu’un faible nombre de lésions épileptogènes supplémentaires (5,6 %) d’où la nécessité d’explorer d’autres techniques. Dans les seconde et troisième études, nous avons examiné le potentiel de la SPIR pour localiser le foyer épileptique en analysant le comportement hémodynamique au cours de crises temporales et frontales. Ces études ont montré que les crises sont associées à une augmentation significative de l’hémoglobine oxygénée (HbO) et l’hémoglobine totale au niveau de la région épileptique. Bien qu’une activation contralatérale en image miroir puisse être observée sur la majorité des crises, la latéralisation du foyer était possible dans la plupart des cas. Une augmentation surprenante de l’hémoglobine désoxygénée a parfois pu être observée suggérant qu’une hypoxie puisse survenir même lors de courtes crises focales. Dans la quatrième et dernière étude, nous avons évalué l’apport de la MEG dans l’évaluation des patients avec épilepsie focale réfractaire considérés candidats potentiels à une chirurgie. Il s’est avéré que les localisations de sources des pointes épileptiques interictales par la MEG ont eu un impact majeur sur le plan de traitement chez plus des deux tiers des sujets ainsi que sur le devenir postchirurgical au niveau du contrôle des crises.

A study of the polycomb group complexes in the maintenance of heterochromatic genome stability and Alzheimer's disease.

La démence d'Alzheimer est une maladie neurodégénérative caractérisée par une perte progressive et irreversible des fonctions cognitives et des compétences intellectuelles. La maladie d’Alzheimer se présente sous deux formes: la forme familiale ou précoce (EOAD) qui représente 5% des cas et elle est liée à des mutations génétiques affectant le métabolisme des peptides amyloïde; et la forme tardive ou sporadique (LOAD) qui représente 95% des cas mais son étiologie est encore mal définie. Cependant, le vieillissement reste le principal facteur de risque pour développer LOAD. Les changements épigénétiques impliquant des modifications des histones jouent un rôle crucial dans les maladies neurodégénératives et le vieillissement lié à l'âge. Des données récentes ont décrit LOAD comme un désordre de l'épigénome et ont associé ce trouble à l'instabilité génomique. Les protéines Polycomb sont des modificateurs épigénétiques qui induisent le remodelage de la chromatine et la répression des gènes à l'hétérochromatine facultative. Nous rapportons que les souris hétérozygotes pour une protéine Polycomb développent avec l'âge un trouble neurologique ressemblant à LOAD caractérisé par l’altération des fonctions cognitives, la phosphorylation de la protéine tau, l'accumulation des peptides amyloïde, et le dysfonctionnement synaptique. Ce phénotype pathologique est précédé par la décondensation de l’hétérochromatine neuronale et l'activation de la réponse aux dommages à l'ADN. Parallèlement, une réduction d’expression de polycomb, malformations de l'hétérochromatine neuronale, et l'accumulation de dommages à l'ADN étaient également présents dans les cerveaux de patients LOAD. Remarquablement, les dommages de l'ADN ne sont pas distribués de façon aléatoire sur le génome mais sont enrichis au niveau des séquences répétitives. Les conclusions présentées dans cette thèse ont identifié des modifications épigénétiques spécifiques qui conduisent à une instabilité génomique aberrante menant à la formation de LOAD. Ces résultats vont aider au développement de nouveaux traitements qui peuvent potentiellement ralentir la neurodégénérescence.

Effet d’un bloc stellaire par bupivacaïne combinée ou non à la néostigmine sur la douleur chez des patients présentant un syndrome douloureux régional complexe

Le syndrome douloureux régional complexe (SDRC) est un trouble neurologique qui se caractérise par des douleurs intenses, des troubles vasomoteurs, sudomoteurs, moteurs et trophiques, accompagnés d’un œdème au niveau du membre affecté. Malgré la présence de peu de données en faveur, à cause de l’absence d’un traitement clé du SDRC, le blocage sympathique a été utilisé depuis de nombreuses années pour traiter ce syndrome. Objectif Le but principal de ce projet est d’étudier l’effet antalgique de la néostigmine utilisée comme adjuvant à la bupivacaïne lors d’un bloc stellaire dans le traitement du syndrome douloureux régional complexe du membre supérieur. Méthodes Il s’agit d’une étude pilote, randomisée en double insu. L’intensité de la douleur a été évaluée en utilisant l’échelle numérique. La force de préhension aux deux mains a été estimée par dynamométrie de Jamar. La dextérité fine des doigts a été mesurée par le « Purdue Pegboard Test ». L’œdème au niveau de la main a été déterminé par la volumétrie. Le questionnaire « SF-36 » a été utilisé afin de déterminer l’homogénéité des échantillons. Résultats Notre étude a eu des difficultés à établir l’efficacité de la thérapie par bloc stellaire dans le traitement du syndrome douloureux régional complexe. Conclusion Notre recherche n’a pu prouver l’hypothèse que le traitement de la douleur dans le SDRC du membre supérieur par un bloc stellaire est plus efficace quand l’action de l’anesthésique local est potentialisée par l’ajout de la néostigmine.

Metabolomics analysis in rats with thiamine deficiency identifies key metabolites in vulnerable brain regions and suggests neural stem progenitor cells play a role in ameliorating metabolic dysfunction

La documentation scientifique fait état de la présence, chez l’adulte, de cellules souches et progénitrices neurales (CSPN) endogènes dans les zones sous-ventriculaire et sous-granulaire du cerveau ainsi que dans le gyrus denté de l’hippocampe. De plus, un postulat selon lequel il serait également possible de retrouver ce type de cellules dans la moelle épinière et le néocortex des mammifères adultes a été énoncé. L’encéphalopathie de Wernicke, un trouble neurologique grave toutefois réversible qui entraîne un dysfonctionnement, voire une défaillance du cerveau, est causée principalement par une carence importante en thiamine (CT). Des observations récentes laissent envisager que les facteurs en cause dans la prolifération et la différenciation des CSPN pourraient également jouer un rôle important lors d’un épisode de CT. L’hypothèse, selon laquelle l’identification de nouveaux métabolites entrant dans le mécanisme ou la séquence de réactions se soldant en une CT pourraient en faciliter la compréhension, a été émise au moyen d'une démarche en cours permettant d’établir le profil des modifications métaboliques qui surviennent en de telles situations. Cette approche a été utilisée pour constater les changements métaboliques survenus au niveau du foyer cérébral dans un modèle de rats déficients en thiamine (rats DT), particulièrement au niveau du thalamus et du colliculus inférieur (CI). La greffe de CSPN a quant à elle été envisagée afin d’apporter de nouvelles informations sur la participation des CSPN lors d’un épisode de CT et de déterminer les bénéfices thérapeutiques potentiels offerts par cette intervention. Les sujets de l’étude étaient répartis en quatre groupes expérimentaux : un premier groupe constitué de rats dont la CT était induite par la pyrithiamine (rats DTiP), un deuxième groupe constitué de rats-contrôles nourris ensemble (« pair-fed control rats » ou rats PFC) ainsi que deux groupes de rats ayant subi une greffe de CSPN, soit un groupe de rats DTiP greffés et un dernier groupe constitué de rats-contrôles (rats PFC) greffés. Les échantillons de foyers cérébraux (thalamus et CI) des quatre groupes de rats ont été prélevés et soumis à des analyses métabolomiques non ciblées ainsi qu’à une analyse visuelle par microscopie à balayage électronique (SEM). Une variété de métabolites-clés a été observée chez les groupes de rats déficients en thiamine (rats DTiP) en plus de plusieurs métabolites dont la documentation ne faisait pas mention. On a notamment constaté la présence d’acides biliaires, d’acide cynurénique et d’acide 1,9— diméthylurique dans le thalamus, alors que la présence de taurine et de carnosine a été observée dans le colliculus inférieur. L’étude a de plus démontré une possible implication des CSPN endogènes dans les foyers cérébraux du thalamus et du colliculus inférieur en identifiant les métabolites-clés ciblant les CSPN. Enfin, les analyses par SEM ont montré une amélioration notable des tissus à la suite de la greffe de CSPN. Ces constatations suggèrent que l’utilisation de CSPN pourrait s’avérer une avenue thérapeutique intéressante pour soulager la dégénérescence symptomatique liée à une grave carence en thiamine chez l’humain.

Nonpsychotropic plant cannabinoids, cannabidivarin (CBDV) and cannabidiol (CBD), activate and desensitize transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1) channels in vitro: potential for the treatment of neuronal hyperexcitability

Epilepsy is the most common neurological disorder, with over 50 million people worldwide affected. Recent evidence suggests that the transient receptor potential cation channel subfamily V member 1 (TRPV1) may contribute to the onset and progression of some forms of epilepsy. Since the two nonpsychotropic cannabinoids cannabidivarin (CBDV) and cannabidiol (CBD) exert anticonvulsant activity in vivo and produce TRPV1-mediated intracellular calcium elevation in vitro, we evaluated the effects of these two compounds on TRPV1 channel activation and desensitization and in an in vitro model of epileptiform activity. Patch clamp analysis in transfected HEK293 cells demonstrated that CBD and CBDV dose-dependently activate and rapidly desensitize TRPV1, as well as TRP channels of subfamily V type 2 (TRPV2) and subfamily A type 1 (TRPA1). TRPV1 and TRPV2 transcripts were shown to be expressed in rat hippocampal tissue. When tested on epileptiform neuronal spike activity in hippocampal brain slices exposed to a Mg2+-free solution using multielectrode arrays (MEAs), CBDV reduced both epileptiform burst amplitude and duration. The prototypical TRPV1 agonist, capsaicin, produced similar, although not identical effects. Capsaicin, but not CBDV, effects on burst amplitude were reversed by IRTX, a selective TRPV1 antagonist. These data suggest that CBDV antiepileptiform effects in the Mg2+-free model are not uniquely mediated via activation of TRPV1. However, TRPV1 was strongly phosphorylated (and hence likely sensitized) in Mg2+-free solution-treated hippocampal tissue, and both capsaicin and CBDV caused TRPV1 dephosphorylation, consistent with TRPV1 desensitization. We propose that CBDV effects on TRP channels should be studied further in different in vitro and in vivo models of epilepsy.

First-principle data-driven models for assessment of motor disorders in Parkinson’s disease

Parkinson’s disease (PD) is an increasing neurological disorder in an aging society. The motor and non-motor symptoms of PD advance with the disease progression and occur in varying frequency and duration. In order to affirm the full extent of a patient’s condition, repeated assessments are necessary to adjust medical prescription. In clinical studies, symptoms are assessed using the unified Parkinson’s disease rating scale (UPDRS). On one hand, the subjective rating using UPDRS relies on clinical expertise. On the other hand, it requires the physical presence of patients in clinics which implies high logistical costs. Another limitation of clinical assessment is that the observation in hospital may not accurately represent a patient’s situation at home. For such reasons, the practical frequency of tracking PD symptoms may under-represent the true time scale of PD fluctuations and may result in an overall inaccurate assessment. Current technologies for at-home PD treatment are based on data-driven approaches for which the interpretation and reproduction of results are problematic.  The overall objective of this thesis is to develop and evaluate unobtrusive computer methods for enabling remote monitoring of patients with PD. It investigates first-principle data-driven model based novel signal and image processing techniques for extraction of clinically useful information from audio recordings of speech (in texts read aloud) and video recordings of gait and finger-tapping motor examinations. The aim is to map between PD symptoms severities estimated using novel computer methods and the clinical ratings based on UPDRS part-III (motor examination). A web-based test battery system consisting of self-assessment of symptoms and motor function tests was previously constructed for a touch screen mobile device. A comprehensive speech framework has been developed for this device to analyze text-dependent running speech by: (1) extracting novel signal features that are able to represent PD deficits in each individual component of the speech system, (2) mapping between clinical ratings and feature estimates of speech symptom severity, and (3) classifying between UPDRS part-III severity levels using speech features and statistical machine learning tools. A novel speech processing method called cepstral separation difference showed stronger ability to classify between speech symptom severities as compared to existing features of PD speech. In the case of finger tapping, the recorded videos of rapid finger tapping examination were processed using a novel computer-vision (CV) algorithm that extracts symptom information from video-based tapping signals using motion analysis of the index-finger which incorporates a face detection module for signal calibration. This algorithm was able to discriminate between UPDRS part III severity levels of finger tapping with high classification rates. Further analysis was performed on novel CV based gait features constructed using a standard human model to discriminate between a healthy gait and a Parkinsonian gait. The findings of this study suggest that the symptom severity levels in PD can be discriminated with high accuracies by involving a combination of first-principle (features) and data-driven (classification) approaches. The processing of audio and video recordings on one hand allows remote monitoring of speech, gait and finger-tapping examinations by the clinical staff. On the other hand, the first-principles approach eases the understanding of symptom estimates for clinicians. We have demonstrated that the selected features of speech, gait and finger tapping were able to discriminate between symptom severity levels, as well as, between healthy controls and PD patients with high classification rates. The findings support suitability of these methods to be used as decision support tools in the context of PD assessment.

ICT as a tool in English teaching : A literature review on the use of ICT for Swedish students with learning difficulties and their literacy learning in grades 7-9

Information and communication technology (ICT) is a subject that is being discussed as a tool that is used within education around the world. Furthermore it can be seen as a tool for teachers to individualize students´ education. Students with literacy difficulties, such as dyslexia, are in constant need of new ways to learn, and new ways to be motivated to learn. The aim of this study is to see what research says in regard to how ICT can be used as a tool to help students with literacy difficulties. Literacy difficulties can be due to a number of things, such as the student has not been taught how to read, trouble within the family which can cause distress, or a neurological disorder such as dyslexia. Furthermore, the main research questions will focus on how ICT can be compared to traditional education forms, such as books and a more teacher centered education within the classroom, and whether ICT can be preferred. The results of this literature review indicates that ICT can be seen as a way for teachers to help students with literacy difficulties gain more self-esteem – something the literature tells us students with learning difficulties lack. The results also show how ICT can lead to a more individualized education. This is due to tools that increase reading comprehension and tools that give direct response when working with ICT, which helps students work more independently.

Estudos analíticos dos grafoelementos do eletroencefalograma em sono: fusos do sono, ondas agudas do vértex e o gradiente de freqüência e amplitude, como indicadores de comprometimento neurológico na criança

Innumerable studies have focused been reported on the sleep spindles (SS), Sharp Vertex Waves (SVW) and REM, NREM Sleep as indicators interpreting EEG patterns in children. However, Frequency and Amplitud Gradient (FAG) is rarely cited sleep parameter in children,that occurs during NREM Sleep. It was first described by Slater and Torres, in 1979, but has not been routinely evaluated in EEG reports. The aim of this study was to assess the absence of SS, SVW and FAG, as an indication of neurological compromise in children. The sample consisted of 1014 EEGs of children referred to the Clinical Neurophysiology Laboratory, Hospital Universitário de Brasília (HUB), from January 1997 to March 2003, with ages ranging from 3 months to 12 years old, obtained in spontaneous sleep or induced by choral hydrate. The study was transversal and analytical, in which, visual analysis of EEG traces was perfumed individually and independently by two electroencephalographers without prior knowledge of the EEG study or neurological findings. After EEG selection, the investigators analyzed the medical reports in order to define and correlate neurological pattern was classified according to the presence or absence of neurological compromise, as Normal Neurological Pattern (NNP), and Altered Neurological Pattern (ANP) respectively. From the visual analysis of the EEG(s), it was possible to characterize 6 parameters: 1- FAG present (64,1%); 2- FAG absent (35,9%); 3 - normal SS (87,9%); 4 - altered SS s (12,1%); 5 - normal SVW s (95,7%); 6 - altered SVW s (4,3%). The prevalence of well-formed FAG is found in the 3 months to 5 years age group in the children with NNF. FAG was totally absent from the age of 10 years. When comparing the three sleep graphielements, it was observed that SVW and SS were predominant in children with NNF. However, FAG absent was more prevalent in the ANF than in altered SS an SVW. The statistical analysis showed that there is a strong association of FAG absent, with isolated alteration, in ANF patients, in that the prevalence ratio was 6,60. The association becomes stronger when FAG absent + altered SS(s) is considered (RP= 6,68). Chi-square test, corrected by Yates technique, showed a highly significant relation for FAG ρ= 0,00000001, for error X of 5%, or else the 95% confidence interval (ρ<0,05). Thus, the FAG absent were more expressive in ANF patient than altered SS(s) and SVW(s). The association becomes stronger in order to establish a prognostic relation, when the FAG is combined with the SS. The results os this study allow us to affirm that the FAG, when absent at ages ranging from 3 months to 5 years , is an indication of neurological compromise. FAG is an age-dependent EEG parameter and incorporated systematically, in the interpretation criteria of the EEG of children s sleep, not only in the maturational point of view, but also neurological disturbances with encephalic compromise