Longitudinal assessment of neural activity in Parkinson’s disease with mild cognitive impairment using task based fMRI

La maladie de Parkinson (PD) a été uniquement considérée pour ses endommagements sur les circuits moteurs dans le cerveau. Il est maintenant considéré comme un trouble multisystèmique, avec aspects multiples non moteurs y compris les dommages intérêts pour les circuits cognitifs. La présence d’un trouble léger de la cognition (TCL) de PD a été liée avec des changements structurels de la matière grise, matière blanche ainsi que des changements fonctionnels du cerveau. En particulier, une activité significativement réduite a été observée dans la boucle corticostriatale ‘cognitive’ chez des patients atteints de PD-TCL vs. PD non-TCL en utilisant IRMf. On sait peu de cours de ces modèles fonctionnels au fil du temps. Dans cette étude, nous présentons un suivi longitudinal de 24 patients de PD non démente qui a subi une enquête neuropsychologique, et ont été séparés en deux groupes - avec et sans TCL (TCL n = 11, non-TCL n = 13) en fonction du niveau 2 des recommandations de la Movement Disrders Society pour le diagnostic de PD-TCL. Ensuite, chaque participant a subi une IRMf en effectuant la tâche de Wisconsin pendant deux sessions, 19 mois d'intervalle. Nos résultats longitudinaux montrent qu'au cours de la planification de période de la tâche, les patients PD non-TCL engageant les ressources normales du cortex mais ils ont activé en plus les zones corticales qui sont liés à la prise de décision tel que cortex médial préfrontal (PFC), lobe pariétal et le PFC supérieure, tandis que les PD-TCL ont échoué pour engager ces zones en temps 2. Le striatum n'était pas engagé pour les deux groupes en temps 1 et pour le groupe TCL en temps 2. En outre, les structures médiales du lobe temporal étaient au fil du temps sous recrutés pour TCL et Non-TCL et étaient positivement corrélés avec les scores de MoCA. Le cortex pariétal, PFC antérieur, PFC supérieure et putamen postérieur étaient négativement corrélés avec les scores de MoCA en fil du temps. Ces résultats révèlent une altération fonctionnelle pour l’axe ganglial-thalamo-corticale au début de PD, ainsi que des niveaux différents de participation corticale pendant une déficience cognitive. Cette différence de recrutement corticale des ressources pourrait refléter longitudinalement des circuits déficients distincts de trouble cognitive légère dans PD.

Where there's smoke, there's fire : the brain reactivity of chronic smokers to anti-smoking stimuli

Contexte: Plusieurs études ont démontré que les indices environnementaux associés à la cigarette peuvent provoquer des envies de consommer (« cravings ») chez les fumeurs, ce qui nuit aux efforts d’abandon de la substance et favorise le maintien du tabagisme. Un bon nombre d’études en imagerie cérébrale ont examiné les bases neurophysiologiques de cette caractéristique clinique. Le tabagisme se caractérise aussi par l’incapacité des représentations négatives de la consommation (méfaits médicaux et sociaux) d’influencer la consommation des fumeurs. Étonnamment toutefois, très peu de travaux de recherche se sont intéressés à examiner les bases neurophysiologiques de cette insouciance envers les méfaits de la cigarette chez les fumeurs. En utilisant l'imagerie cérébrale fonctionnelle, l'objectif de cette étude était: d’examiner la réponse neurophysiologique des fumeurs chroniques à des images qui illustrent les effets négatifs de la cigarette (campagne anti-tabac); d’examiner le caractère affectif de cette réactivité utilisant des conditions contrôles (c.-à-d., images aversives non-liées au tabac et appétitives liées au tabac); d'examiner la connectivité fonctionnelle durant cette tâche entre les systèmes affectifs et exécutifs (une interaction qui peut favoriser ou entraver l'impact des évènements aversifs). Méthodes: 30 fumeurs chroniques ont passé une session de neuroimagerie durant laquelle ils devaient regarder des images appétitives et aversives de cigarettes, des images aversives non-reliées au tabac et des images neutres. Résultats: Les images aversives liés au tabagisme suscitent une plus grande activation dans le cortex médial préfrontal, l'amygdale, le gyrus frontal inférieur et le cortex orbitofrontal latéral en comparaison avec les images neutres, mais une moins grande activation dans des structures médiaux / sous-corticales comparé aux images aversives non-reliés et images appétitives reliées aux tabac. L’activité du système exécutif présente une connectivité fonctionnelle négative avec le système affectif lorsque les images aversives sont liées au tabac, mais pas quand elles ne le sont pas. Conclusions: Le modèle d'activation du cerveau observé suggère qu’il y a un biais dans la réactivité des fumeurs chroniques lorsqu’ils observent des représentations négatives de la consommation du tabac. L’activité du système exécutif cérébral semble promouvoir chez les fumeurs une baisse d’activité dans des régions impliquées dans la genèse d’une réponse physiologique affective; il s’agit d’un mécanisme qui permettrait de réduire l’impact persuasif de ces représentations des méfaits de la cigarette sur la consommation des fumeurs.

Early adversity, brain development and emotion processing in monozygotic twins

Il existe actuellement de nombreuses preuves démontrant que des facteurs génétiques et environnementaux interagissent pendant des périodes spécifiques du développement pour rendre une personne vulnérable aux troubles psychologiques via diverses adaptations physiologiques. Cette thèse porte sur l'impact de l’adversité prénatale (représentée par le petit poids à la naissance, PPN) et de l’adversité postnatale précoce (symptômes dépressifs maternels et comportements maternels négatifs), sur le développement du cerveau, particulièrement les régions fronto-limbiques impliquées dans le traitement des émotions, pendant l'enfance et l'adolescence. Des jumeaux monozygotes (MZ) sont utilisés, lorsque possible, afin de contrôler pour les effets génétiques. Les chapitres 1 et 2 présentent les résultats de la vérification de l'hypothèse que l’adversité prénatale et postnatale précoce sont associées à une altération du fonctionnement des régions fronto-limbique tels que l’amygdale, l’hippocampe, l’insula, le cortex cingulaire antérieur et le cortex préfrontal, en réponse à des stimuli émotifs chez des enfants et des adolescents. On observe que les symptômes dépressifs maternels sont associés à une activation plus élevée des régions fronto-limbiques des enfants en réponse à la tristesse. Les résultats de l’étude avec des adolescents suggèrent que le PPN, les symptômes dépressifs et les comportements maternels négatifs sont associés à une fonction altérée des régions fronto-limbiques en réponse à des stimuli émotionnels. Chez les jumeaux MZ on observe également que la discordance intra-paire de PPN et de certains comportements maternels est associée à une discordance intra-paire du fonctionnement du cerveau et que ces altérations diffèrent selon le sexe. Le chapitre 3 présente les résultats de la vérification de l'hypothèse que l’adversité prénatale et postnatale précoce sont associées à un volume total réduit du cerveau et de l’hypothèse que les comportements maternels peuvent servir de médiateur ou de modérateur de l'association entre le PPN et le volume du cerveau. Avec des jumeaux MZ à l’adolescence on observe a) que le PPN est effectivement associé à une diminution du volume total du cerveau et b) que la discordance intra-paire de PPN est associée à une discordance du volume du cerveau. En somme, cette thèse présente un ensemble de résultats qui soutiennent deux hypothèses importantes pour comprendre les effets de l’environnement sur le développement du cerveau : que l’environnement prénatal et postnatal précoce ont un impact sur le développement du cerveau indépendamment du code génétique et que les mécanismes impliqués peuvent différer entre les garçons et les filles. Finalement, l’ensemble de ces résultats sont discutés à la lumière des autres travaux de recherche dans ce domaine et des avenues à explorer pour de la recherche ultérieure sont proposées.

Neural changes associated with semantic processing in healthy aging despite intact behavioral performance

Semantic memory recruits an extensive neural network including the left inferior prefrontal cortex (IPC) and the left temporoparietal region, which are involved in semantic control processes, as well as the anterior temporal lobe region (ATL) which is considered to be involved in processing semantic information at a central level. However, little is known about the underlying neuronal integrity of the semantic network in normal aging. Young and older healthy adults carried out a semantic judgment task while their cortical activity was recorded using magnetoencephalography (MEG). Despite equivalent behavioral performance, young adults activated the left IPC to a greater extent than older adults, while the latter group recruited the temporoparietal region bilaterally and the left ATL to a greater extent than younger adults. Results indicate that significant neuronal changes occur in normal aging, mainly in regions underlying semantic control processes, despite an apparent stability in performance at the behavioral level.

Les substrats neuronaux sous-tendant le binding automatique et contrôlé en mémoire de travail dans la schizophrénie : une étude en IRMf.

Le déficit de mémoire de travail est une des caractéristiques centrales de la schizophrénie et est associé aux problèmes de fonctionnement quotidien des patients. Parmi les différents processus sous-tendus par la mémoire de travail, nous nous intéressons au binding. Le binding est un processus qui permet d’associer plusieurs informations (par exemple, associer le nom d’une personne avec son adresse). En mémoire de travail, les patients schizophrènes ne présentent pas de déficit de binding lorsque les informations sont associées involontairement. Ce type de binding est appelé binding automatique. Cependant, les informations peuvent aussi être associées sous le contrôle volontaire et attentionnel des participants, nous parlons alors de binding contrôlé. À l’heure actuelle, aucune étude n’a été effectuée sur le binding contrôlé en schizophrénie. Notre objectif est de déterminer s'il existe un déficit spécifique de binding contrôlé dans la schizophrénie, et de décrire les substrats neuronaux qui le sous-tendent. Dix-neuf patients schizophrènes et 18 sujets témoins ont effectué une tâche de binding en mémoire de travail dans un scanner IRM. Celle-ci consistait à mémoriser des mots et des positions spatiales dont l’association variait selon deux conditions. Dans la condition de binding contrôlé, les mots et les positions spatiales étaient présentés séparément et les participants devaient faire l’association entre les deux informations eux-mêmes. Dans la condition de binding automatique, les mots étaient d’emblée associés aux positions spatiales. Nos résultats suggèrent que les patients schizophrènes n’auraient pas de déficit de binding automatique alors qu’ils auraient un déficit de binding contrôlé par rapport aux sujets témoins. Le déficit de binding contrôlé serait sous-tendu par des niveaux d’activation plus faibles du cortex préfrontal dorsolatéral. Les processus contrôlés seraient altérés alors que les processus automatiques seraient préservés dans la schizophrénie.

An fMRI Study of Emotional engagement in decicion-making

It has been suggested that decision making depends on sensitive feelings associated with cognitive processing rather than cognitive processing alone. From human lesions, we know the medial anterior inferior-ventral prefrontal cortex processes the sensitivity associated with cognitive processing, it being essentially responsible for decision making. In this fMRI (functional Magnetic Resonance Image) study 15 subjects were analyzed using moral dilemmas as probes to investigate the neural basis for painful-emotional sensitivity associated with decision making. We found that a network comprising the posterior and anterior cingulate and the medial anterior prefrontal cortex was significantly and specifically activated by painful moral dilemmas, but not by non-painful dilemmas. These findings provide new evidence that the cingulate and medial anterior prefrontal are involved in processing painful emotional sensibility, in particular, when decision making takes place. We speculate that decision making has a cognitive component processed by cognitive brain areas and a sensitivity component processed by emotional brain areas. The structures activated suggest that decision making depends on painful emotional feeling processing rather than cognitive processing when painful feeling processing happens

Emociones y toma de decisiones éticas: desarrollo e implicaciones para la empresa

Los líderes organizacionales se deben enfrentar a retos ambientales del mundo de los negocios y diversas presiones que los ponen día a día en un alto riesgo ético. Sortear dichos riesgos ha demandado cambios sustanciales en las dinámicas de las organizaciones contemporáneas, por lo que las exigencias a los directivos de tomar decisiones acertadas en situaciones de alta complejidad moral son cada vez mayores. Estas decisiones involucran un comportamiento ético de quien las toma, lo cual a su vez está mediado por sus emociones.

Contextual modulation of amygdala responsivity to surprised faces

We recently demonstrated a functional relationship between fMRI responses within the amygdala and the medial prefrontal cortex based upon whether subjects interpreted surprised facial expressions positively or negatively. In the present fMRI study, we sought to assess amygdala-medial prefrontal cortex responsivity when the interpretations of surprised faces were determined by contextual experimental stimuli, rather than subjective judgment. Subjects passively viewed individual presentations of surprised faces preceded by either a negatively or positively valenced contextual sentence (e. g., She just found $500 vs. She just lost $500). Negative and positive sentences were carefully matched in terms of length, situations described, and arousal level. Negatively cued surprised faces produced greater ventral amygdala activation compared to positively cued surprised faces. Responses to negative versus positive sentences were greater within the ventrolateral prefrontal cortex, whereas responses to positive versus negative sentences were greater within the ventromedial prefrontal cortex. The present study demonstrates that amygdala response to surprised facial expressions can be modulated by negatively versus positively valenced verbal contextual information. Connectivity analyses identified candidate cortical-subcortical systems subserving this modulation.

Gaze fixations predict brain activation during the voluntary regulation of picture-induced negative affect

Recent studies have identified a distributed network of brain regions thought to support cognitive reappraisal processes underlying emotion regulation in response to affective images, including parieto-temporal regions and lateral/medial regions of prefrontal cortex (PFC). A number of these commonly activated regions are also known to underlie visuospatial attention and oculomotor control, which raises the possibility that people use attentional redeployment rather than, or in addition to, reappraisal as a strategy to regulate emotion. We predicted that a significant portion of the observed variance in brain activation during emotion regulation tasks would be associated with differences in how participants visually scan the images while regulating their emotions. We recorded brain activation using fMRI and quantified patterns of gaze fixation while participants increased or decreased their affective response to a set of affective images. fMRI results replicated previous findings on emotion regulation with regulation differences reflected in regions of PFC and the amygdala. In addition, our gaze fixation data revealed that when regulating, individuals changed their gaze patterns relative to a control condition. Furthermore, this variation in gaze fixation accounted for substantial amounts of variance in brain activation. These data point to the importance of controlling for gaze fixation in studies of emotion regulation that use visual stimuli.

Atypical neural self-representation in autism

The 'self' is a complex multidimensional construct deeply embedded and in many ways defined by our relations with the social world. Individuals with autism are impaired in both self-referential and other-referential social cognitive processing. Atypical neural representation of the self may be a key to understanding the nature of such impairments. Using functional magnetic resonance imaging we scanned adult males with an autism spectrum condition and age and IQ-matched neurotypical males while they made reflective mentalizing or physical judgements about themselves or the British Queen. Neurotypical individuals preferentially recruit the middle cingulate cortex and ventromedial prefrontal cortex in response to self compared with other-referential processing. In autism, ventromedial prefrontal cortex responded equally to self and other, while middle cingulate cortex responded more to other-mentalizing than self-mentalizing. These atypical responses occur only in areas where self-information is preferentially processed and does not affect areas that preferentially respond to other-referential information. In autism, atypical neural self-representation was also apparent via reduced functional connectivity between ventromedial prefrontal cortex and areas associated with lower level embodied representations, such as ventral premotor and somatosensory cortex. Furthermore, the magnitude of neural self-other distinction in ventromedial prefrontal cortex was strongly related to the magnitude of early childhood social impairments in autism. Individuals whose ventromedial prefrontal cortex made the largest distinction between mentalizing about self and other were least socially impaired in early childhood, while those whose ventromedial prefrontal cortex made little to no distinction between mentalizing about self and other were the most socially impaired in early childhood. These observations reveal that the atypical organization of neural circuitry preferentially coding for self-information is a key mechanism at the heart of both self-referential and social impairments in autism.

Shared neural circuits for mentalizing about the self and others

Although many examples exist for shared neural representations of self and other, it is unknown how such shared representations interact with the rest of the brain. Furthermore, do high-level inference-based shared mentalizing representations interact with lower level embodied/simulation-based shared representations? We used functional neuroimaging (fMRI) and a functional connectivity approach to assess these questions during high-level inference-based mentalizing. Shared mentalizing representations in ventromedial prefrontal cortex, posterior cingulate/precuneus, and temporo-parietal junction (TPJ) all exhibited identical functional connectivity patterns during mentalizing of both self and other. Connectivity patterns were distributed across low-level embodied neural systems such as the frontal operculum/ventral premotor cortex, the anterior insula, the primary sensorimotor cortex, and the presupplementary motor area. These results demonstrate that identical neural circuits are implementing processes involved in mentalizing of both self and other and that the nature of such processes may be the integration of low-level embodied processes within higher level inference-based mentalizing.

The neural basis of maternal responsiveness to infants: an fMRI study

Using fMRI, we examined the neural correlates of maternal responsiveness. Ten healthy mothers viewed alternating blocks of video: (i) 40 s of their own infant; (ii) 20 s of a neutral video; (iii) 40 s of an unknown infant and (iv) 20 s of neutral video, repeated 4 times. Predominant BOLD signal change to the contrast of infants minus neutral stimulus occurred in bilateral visual processing regions BA minus neutral stimulus occurred in bilateral visual processing regions (BA 38), left amygdala and visual cortex (BA 19), and to the unknown infant minus own infant contrast in bilateral orbitofrontal cortex (BA 10,47) and medial prefrontal cortex (BA 8). These findings suggest that amygdala and temporal pole may be key sites in mediating a mother's response to her infant and reaffirms their importance in face emotion processing and social behaviour.

Microglial activation correlates with severity in Huntington disease: a clinical and PET study

Background: Huntington disease ( HD) is characterized by the progressive death of medium spiny dopamine receptor bearing striatal GABAergic neurons. In addition, microglial activation in the areas of neuronal loss has recently been described in postmortem studies. Activated microglia are known to release neurotoxic cytokines, and these may contribute to the pathologic process. Methods: To evaluate in vivo the involvement of microglia activation in HD, the authors studied patients at different stages of the disease using [ C-11]( R)-PK11195 PET, a marker of microglia activation, and [ C-11] raclopride PET, a marker of dopamine D2 receptor binding and hence striatal GABAergic cell function. Results: In HD patients, a significant increase in striatal [ C-11]( R)-PK11195 binding was observed, which significantly correlated with disease severity as reflected by the striatal reduction in [ C-11] raclopride binding, the Unified Huntington's Disease Rating Scale score, and the patients' CAG index. Also detected were significant increases in microglia activation in cortical regions including prefrontal cortex and anterior cingulate. Conclusions: These [ C-11]( R)-PK11195 PET findings show that the level of microglial activation correlates with Huntington disease ( HD) severity. They lend support to the view that microglia contribute to the ongoing neuronal degeneration in HD and indicate that [ C-11]( R)-PK11195 PET provides a valuable marker when monitoring the efficacy of putative neuroprotecting agents in this relentlessly progressive genetic disorder.

The psychological, neurochemical and functional neuroanatomical mediators of the effects of positive and negative mood on executive functions

In this review we evaluate the cognitive and neural effects of positive and negative mood on executive function. Mild manipulations of negative mood appear to have little effect on cognitive control processes, whereas positive mood impairs aspects of updating, planning and switching. These cognitive effects may be linked to neurochemistry: with positive mood effects mediated by dopamine while negative mood effects may be mediated by serotonin levels. Current evidence on the effects of mood on regional brain activity during executive functions, indicates that the prefrontal cortex is a recurrent site of integration between mood and cognition. We conclude that there is a disparity between the importance of this topic and awareness of how mood affects, executive functions in the brain. Most behavioural and neuroimaging studies of executive function in normal samples do not explore the potential role of variations in mood, yet the evidence we outline indicates that even mild fluctuations in mood can have a significant influence on neural activation and cognition. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

fMRI delineation of working memory for emotional prosody in the brain: commonalities with the lexico-semantic emotion network

Decoding emotional prosody is crucial for successful social interactions, and continuous monitoring of emotional intent via prosody requires working memory. It has been proposed by Ross and others that emotional prosody cognitions in the right hemisphere are organized in an analogous fashion to propositional language functions in the left hemisphere. This study aimed to test the applicability of this model in the context of prefrontal cortex working memory functions. BOLD response data were therefore collected during performance of two emotional working memory tasks by participants undergoing fMRI. In the prosody task, participants identified the emotion conveyed in pre-recorded sentences, and working memory load was manipulated in the style of an N-back task. In the matched lexico-semantic task, participants identified the emotion conveyed by sentence content. Block-design neuroimaging data were analyzed parametrically with SPM5. At first, working memory for emotional prosody appeared to be right-lateralized in the PFC, however, further analyses revealed that it shared much bilateral prefrontal functional neuroanatomy with working memory for lexico-semantic emotion. Supplementary separate analyses of males and females suggested that these language functions were less bilateral in females, but their inclusion did not alter the direction of laterality. It is concluded that Ross et al.'s model is not applicable to prefrontal cortex working memory functions, that evidence that working memory cannot be subdivided in prefrontal cortex according to material type is increased, and that incidental working memory demands may explain the frontal lobe involvement in emotional prosody comprehension as revealed by neuroimaging studies. (c) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.