Facilitation de la procédure d’ablation de fibrillation auriculaire persistante après restauration du rythme sinusal pré-procédure : une étude multicentrique comparative

L’ablation de fibrillation auriculaire (FA) persistante est associée à des temps de procédure plus longs et à un moindre succès par rapport à l’ablation de FA paroxystique. Nous avons posé l’hypothèse que la restauration et le maintien du rythme sinusal ≥ 1 mois pré-procédure faciliteraient la terminaison de la FA et amélioreraient le succès de la procédure. Méthodes: Nous avons conduit une étude rétrospective comparant deux cohortes de patients consécutifs se présentant en FA persistante pour première ablation de FA : le groupe rythme sinusal (RS) avec restauration et maintien du rythme RS ≥ 1 mois pré-procédure (Groupe RS; N=40) et un groupe contrôle de patients en FA pré ablation (Groupe contrôle; N=40), apparié selon le sexe, l’âge, la longueur maximale de durée de FA. Une ablation de type en paliers (“stepwise”) a été réalisée dans les deux groupes (avec FA induite en début de procédure dans le groupe RS). Le succès a été défini par l’absence de récidive de FA ou de tachycardie atriale sans anti arythmique après un suivi minimal de 12 mois post procédure. Résultats: Durant la procédure de index d’ablation de FA, le cycle de FA était plus long dans le groupe RS par rapport au groupe contrôle (183±32 vs 166±20 ms, P=0.06) suggérant un remodelage inverse. Dans le groupe RS, la FA a été terminée plus fréquemment par l’ablation (95.0% vs 77.5%, P<0.05) et a demandé une ablation moins extensive avec moins d’ablation des électrocardiogrammes fragmentés (40.0% vs 87.5%, p<0.001) et moins de lésions linéaires (42.5% vs 82.5%, p<0.001). Les durées moyennes de procédure (199.8±69.8 vs 283.5±72.3 minutes, P<0.001), de fluoroscopie (51.0±24.9 vs 96.3±32.1 minutes, P<0.001), et de radiofréquence (47.5±18.9 vs 97.0±30.6 minutes, P<0.001) ont été plus courtes dans le groupe RS. Les succès cliniques ont été comparables dans les deux groupes après la première (55.0% vs 45.0%, P=0.28) et la dernière procédure (80.0% vs 70.0%, P=0.28), après une durée moyenne de suivi comparable (21.1±9.7 mois).

Développement du chant et profil d'amusie congénitale chez l'enfant

La musique est universelle et le chant est le moyen d’expression musicale le plus accessible à tous. Les enfants chantent spontanément entre un an et un an et demi (Ostwald, 1973). Pourtant, le développement de cette habileté est très peu étudié en neuropsychologie et ce, malgré le fait qu’elle représente une immense source d’informations sur le traitement de la musique par le cerveau. Les études proposées ici visaient à mieux comprendre le développement normal et pathologique des fonctions perceptives et vocales. Dans un premier temps, une étude sur le chant normal chez les enfants de 6 à 11 ans est présentée. Le développement du chant de 79 enfants d’âge scolaire y est analysé de manière systématique et objective. Cette étude se penche plus particulièrement sur l’influence de l’âge ainsi que d’autres facteurs (le genre, la perception musicale, la présence de paroles et la présence d’un accompagnement vocal) sur la qualité du chant. Les jeunes participants ont chanté une chanson familière dans différentes conditions, soit avec et sans paroles, après un modèle ainsi qu’à l’unisson avec ce dernier. Suite à l’analyse acoustique des performances, différentes variables mélodiques et rythmiques telles que le nombre d’erreurs d’intervalles, le nombre d’erreurs de contours, la taille des déviations d’intervalles, le nombre d’erreurs rythmiques, la taille des déviations temporelles et le tempo, ont été calculés. Les résultats montrent que certaines habiletés de base liées au chant se développent toujours après 6 ans. Toutefois, le rythme est maîtrisé plus tôt, et les enfants d’âges scolaires réussissent parfois mieux que les adultes sur le plan rythmique. De plus, il est plus difficile pour les enfants de chanter avec des ii paroles que sur une syllabe et chanter à l’unisson représente un défi plus grand que chanter après un modèle. Par ailleurs, le nombre d’erreurs de contours, d’intervalles et de rythme, de même que la taille des erreurs rythmiques, sont liés à nos mesures de perception musicale. La seconde étude présente le premier cas documenté d’amusie congénitale chez l’enfant. Elle implique l’analyse de la perception musicale et du chant d’une fillette de 10 ans nous ayant été référée par son directeur de chorale. De sévères déficits ont été relevés chez elle et un diagnostic d’amusie congénitale fut posé. En effet, ses résultats aux tests visant à évaluer sa perception musicale indiquent d’importantes difficultés tant sur le plan de la discrimination des différences mélodiques et rythmiques, qu’au niveau de la mémoire des mélodies. La fillette présente des lacunes claires quant à la perception des fines différences de hauteurs. L’analyse des réponses cérébrales en potentiels évoqués suggère que l’enfant souffre de déficits situés tôt au cours des processus de traitement auditif, tel que démontré par l’absence de négativité de discordance (MMN). Le chant de la jeune fille est lui aussi déficitaire, particulièrement en ce qui concerne le nombre d’erreurs d’intervalles et leurs tailles. En conclusion, nos études montrent que les aptitudes pour le chant sont toujours en développement au cours des premières années de scolarisation. Ce développement peut être entravé par la présence d’un déficit lié spécifiquement à la perception musicale. Pour la première fois, l’amusie congénitale, sera décrite chez l’enfant.

Danser au monde : étude du mouvement dans l'espace textuel de Marguerite Duras

Peu d’études ont été faites sur le mouvement dans l’œuvre de Marguerite Duras (1914-1996). Or réécritures et répétitions qui marquent la pratique scripturaire de celle-ci permettent de penser des déplacements, des métamorphoses que cette thèse se propose de lire dans l’accompagnement de penseurs tels que Maurice Merleau-Ponty, Gilles Deleuze, Georges Didi-Huberman, et de manière plus spectrale, mais non moins essentielle, Jacques Derrida, Claude Lévesque et Maurice Blanchot. Le premier chapitre s’intéresse à « la marche-danse de la mendiante », qui prend place dans Le Vice-consul (1966). Le mouvement de perte de la mendiante se donne comme un procès de déterritorialisation sans fin où ne cessent d’opérer métamorphoses et devenirs. Cette dernière entraîne dans son rhizome des lieux où faire l’expérience d’un visible difficilement isolable de sa doublure d’invisible. Des lieux sont ainsi « créés » pour faire du « lieu dansé un espace dansant » (chapitre 2). On ne saurait cependant rendre compte du mouvement sans questionner « les rythmes de la danse » (chapitre 3) dont l’épreuve possède une puissance métamorphosante, particulièrement sensible dans L’Après-midi de monsieur Andesmas (1962). Mais le rythme est aussi ce par quoi s’ouvre le temps. Et le temps durassien plonge son lecteur aussi bien que ses personnages dans un univers où virtuel et actuel ne cessent d’échanger leurs forces. C’est alors la question de l’événement, de sa possibilité dans la rencontre et le crime, qui fait l’objet du « temps qu’entrouvre la danse » (chapitre 4). Dépositaire d’un étrange hiatus qu’elle suscite pour qu’un écart se creuse afin de dire l’événement, cette œuvre rêve finalement, à travers la langue, de l’événement inséparé dans le mouvement perpétuel du sens, dans « la danse du sens » (chapitre 5). Cependant, si le sens peut d’abord apparaître dansant parce qu’instable, il faut admettre qu’on tourne toujours autour de certains mots qui échappent. Quelque chose échappera toujours. C’est ce que le sixième chapitre, « Échappé(e) de la danse », appréhende, alors que le mouvement, qui n’a d’autre finalité que lui-même, inscrit un inachèvement perpétuel dont les réécritures témoignent. Parce qu’elle met en scène des êtres en mouvement dans une œuvre elle-même en mouvement, l’œuvre de Marguerite Duras permet de penser l’être-au-monde en danseur.

Les bénéfices du chant dans la réadaptation de l’aphasie

Les personnes ayant une aphasie, un trouble acquis du langage causé par une lésion cérébrale, parviennent temporairement à mieux prononcer des mots quand elles les chantent dans des chansons familières ou en chant choral. Dans cette thèse nous examinons comment le chant peut entrainer des bénéfices durables sur le langage et la communication de ces personnes. Deux contextes sont envisagés : (1) une thérapie chantée de l’aphasie, la Melodic intonation therapy en anglais (MIT), et (2) une activité de loisir, une chorale de personnes aphasiques. La première étude de cette thèse (Chapitre 2) est une recension critique de la variété de recherches dont la MIT a fait l’objet. Nous soutenons que plusieurs protocoles de traitement présentés sous le label MIT ne correspondent pas à la MIT originale et que les effets immédiats du chant, qui sont examinés dans des études transversales, ne devraient pas être confondus avec les effets durables, observés dans des études longitudinales. Cette grille de lecture permet de réconcilier des conclusions d’études contradictoires à propos des mécanismes de la MIT et met en évidence des questions de recherches en suspens, notamment sur la contribution relative du rythme et de la hauteur musicale dans les effets de cette thérapie, que nous traitons dans le troisième chapitre. Nous y rapportons une étude avec trois participants ayant une aphasie de Broca chronique. Trois traitements ont été comparés dans un devis en carré latin : une thérapie comportant de la parole chantée (i.e., avec rythme et hauteurs musicales) proche de la MIT originale, une thérapie équivalente avec de la parole uniquement rythmée, et une thérapie comportant de la parole normale. Puisque seule la thérapie chantée a amélioré le langage dans le discours naturel des participants, nous soutenons que le chant dans son entièreté est un élément actif de la MIT. Enfin, dans le quatrième chapitre, nous présentons la première étude de groupe contrôlée, randomisée et à simple insu tentant de déterminer si le chant pratiqué comme simple loisir peut aussi avoir un effet bénéfique dans la réadaptation de l’aphasie. Nous avons comparé les progrès en communication fonctionnelle de 17 personnes ayant différents types d’aphasies chroniques réparties dans un groupe chorale, où elles devaient participer à six mois d’activité hebdomadaire de chorale, un groupe théâtre, où elles devaient suivre un atelier de théâtre, et une liste d’attente pour ces deux activités seulement. Nos résultats ont montré une corrélation positive entre l’amélioration de la communication fonctionnelle et le nombre de présences aux activités sociales, quelles qu’elles soient, mais nous n’avons pas trouvé d’effet spécifique à l’activité de chorale. Ainsi, la pratique du chant en chorale pourrait avoir un potentiel thérapeutique général, mais pas spécifique à l’utilisation du chant. D’autres études sont toutefois nécessaires pour le confirmer. Ainsi, cette thèse soutient globalement que dans la réadaptation de l’aphasie, le chant apporte des bénéfices spécifiques sur le langage lorsqu’il est intégré dans une thérapie comme la MIT et des bénéfices comparables à d’autres activités sociales lorsqu’il est pratiqué comme activité de loisir dans une chorale.

La rationalité paysanne dans le Québec préindustriel : une approche historiographique

La question de la rationalité socioéconomique propre aux paysans canadiens-français occupe dans l'historiographie canadienne du Québec rural préindustriel une place de choix, ayant été invoquée tour à tour pour glorifier ou condamner une population aux pratiques jugées à bien des égards différentes de celles des société anglo-saxonnes nord-américaines. Néanmoins, aussi importante soit-elle, cette problématique a rarement été abordée de front par les historiens, qui ont plutôt choisi de l'inclure en filigrane d'interprétations plus ciblées de réalités connexes. Dans cette optique, nous nous proposions dans ce mémoire de dégager, par le biais de l'analyse critique d'un échantillon de productions historiques représentatives des courants plus généraux dont elles sont issues, les principales représentations de la rationalité socioéconomique paysanne véhiculées par les historiens canadiens (tant francophones qu'anglophones) depuis 1960, de les expliquer à la lumière des particularités des contextes dans lesquels elles ont été produites ainsi que d'en retracer le parcours historiographique. Cette démarche nous a permis de constater clairement l'existence de trois paradigmes interprétatifs ayant successivement dominé le discours historique sur la question depuis 1960. Cette évolution, si elle s'accorde bel et bien au rythme du progrès méthodologique de la science historique, présente toutefois plusieurs originalités fermement ancrées dans les particularités du contexte dans lequel elle s'est déroulée, dont les principales sont la question nationale, la dichotomie ethnolinguistique de l'historiographie canadienne et la portée sociale significative des interprétations proposées.

L'oeuvre au service de la traduction : l'écriture vianesque, une invitation à la traduction créative

Stanley Chapman n’est pas un traducteur ni même un écrivain très connu. Le volume de ses écrits originaux, qui sont d’ailleurs difficiles voire impossibles à trouver, et des traductions à son actif reste mince. Peut-être serait-il même passé complètement inaperçu, sauf bien sûr chez ses compères du Collège de ’Pataphysique, de l’Oulipo et de l’Outrapo, s’il n’avait pas traduit deux romans phares de l’écrivain français Boris Vian: L’Écume des jours et L’Arrache-coeur. La prose singulière de Vian l’aurait-elle incité à passer à l’acte d’écriture qui trouve justement sa source et se déploie dans l’acte du traduire ? Par ailleurs, les affinités intellectuelles que partageaient Vian et Chapman pourraient-elles aussi être en cause dans cette expérience du traduire ? Henri Meschonnic et Antoine Berman nous informent que la critique de la traduction a le pouvoir de révéler le rapport intime entre la pensée, l’écriture et la traduction. À partir de la « poétique du traduire » de Meschonnic et de « l’analytique de la traduction » de Berman, ce mémoire interroge en quoi Heartsnatcher, la traduction anglaise de L’Arrache-coeur, peut être considérée comme un acte de « traduire-écrire ». Étayée des notions de rythme et de signifiance, notre critique identifie les stratégies qui émergent de cette activité de création qu’est la traduction et par le fait même, révèle la manière particulière dont Stanley Chapman est parvenu à traduire L’Arrache-coeur.

Impact de la pression artérielle et influence de l’insuffisance cardiaque systolique sur le contrôle de la fibrillation auriculaire et la survie

La pression artérielle est un déterminant potentiellement majeur de l’évolution de pathologies telles que la FA et l’insuffisance cardiaque. Pourtant, il demeure plusieurs incertitudes quant à la prise en charge optimale de la pression artérielle chez ces patients. Le rôle potentiel de la pression artérielle sur l’efficacité du maintien en rythme sinusal est inconnu. De plus, en présence d’insuffisance cardiaque, non seulement une pression artérielle élevée, mais aussi une pression artérielle basse pourrait augmenter la mortalité. Les travaux présentés ont pour but d’évaluer l’impact de la pression artérielle sur l’efficacité du contrôle du rythme et la mortalité ainsi que d’évaluer le rôle potentiel de l’insuffisance cardiaque sur cette interaction. Une étude post-hoc utilisant une banque de données combinant les études AFFIRM et AF-CHF a été réalisée. Les patients ont d’abord été classés selon leur FEVG (>40%, ≤40%), puis nous avons évalué l’impact de la PAS (<120 mmHg, 120-140 mmHg, >140 mmHg) sur les issues. Premièrement, chez les 2715 patients randomisés au contrôle du rythme, nous avons évalué la survie sans récidive de FA. Deuxièmement, chez tous les 5436 patients inclus dans les 2 études sources, nous avons évalué la mortalité et la morbidité. Chez les patients avec FEVG >40%, aucune des issues n’a été affectée par la PAS dans des analyses de régression multivariées de Cox. Par contraste, chez les patients avec FEVG ≤40%, le taux de récidive de FA était plus élevé avec une PAS >140 mmHg et une PAS <120 mmHg, par rapport à une PAS de 120-140 mmHg [HR, 1.47; IC 95% (1.12-1.93)] et [HR 1.15; IC 95% (0.92-1.43)], respectivement. La mortalité s’est également avérée augmentée chez ces patients avec une PAS >140 mmHg et une PAS <120 mmHg [HR 1.75; IC 95% (1.41-2.17)] et [HR 1.40; IC 95% (1.04-1.90)], respectivement. En conclusion, le maintien en rythme sinusal et la survie sont influencés par la PAS chez les patients avec FA et FEVG diminuée, mais non chez les patients avec FEVG normale. Une courbe en forme de U a été identifiée, où les pression plus basses (<120 mmHg) et plus hautes (>140 mmHg) sont associées à un moins bon pronostic.

Analysis of intrinsic cardiac neuron activity in relation to neurogenic atrial fibrillation and vagal stimulation

La fibrillation auriculaire est le trouble du rythme le plus fréquent chez l'homme. Elle conduit souvent à de graves complications telles que l'insuffisance cardiaque et les accidents vasculaires cérébraux. Un mécanisme neurogène de la fibrillation auriculaire mis en évidence. L'induction de tachyarythmie par stimulation du nerf médiastinal a été proposée comme modèle pour étudier la fibrillation auriculaire neurogène. Dans cette thèse, nous avons étudié l'activité des neurones cardiaques intrinsèques et leurs interactions à l'intérieur des plexus ganglionnaires de l'oreillette droite dans un modèle canin de la fibrillation auriculaire neurogène. Ces activités ont été enregistrées par un réseau multicanal de microélectrodes empalé dans le plexus ganglionnaire de l'oreillette droite. L'enregistrement de l'activité neuronale a été effectué continument sur une période de près de 4 heures comprenant différentes interventions vasculaires (occlusion de l'aorte, de la veine cave inférieure, puis de l'artère coronaire descendante antérieure gauche), des stimuli mécaniques (toucher de l'oreillette ou du ventricule) et électriques (stimulation du nerf vague ou des ganglions stellaires) ainsi que des épisodes induits de fibrillation auriculaire. L'identification et la classification neuronale ont été effectuées en utilisant l'analyse en composantes principales et le partitionnement de données (cluster analysis) dans le logiciel Spike2. Une nouvelle méthode basée sur l'analyse en composante principale est proposée pour annuler l'activité auriculaire superposée sur le signal neuronal et ainsi augmenter la précision de l'identification de la réponse neuronale et de la classification. En se basant sur la réponse neuronale, nous avons défini des sous-types de neurones (afférent, efférent et les neurones des circuits locaux). Leur activité liée à différents facteurs de stress nous ont permis de fournir une description plus détaillée du système nerveux cardiaque intrinsèque. La majorité des neurones enregistrés ont réagi à des épisodes de fibrillation auriculaire en devenant plus actifs. Cette hyperactivité des neurones cardiaques intrinsèques suggère que le contrôle de cette activité pourrait aider à prévenir la fibrillation auriculaire neurogène. Puisque la stimulation à basse intensité du nerf vague affaiblit l'activité neuronale cardiaque intrinsèque (en particulier pour les neurones afférents et convergents des circuits locaux), nous avons examiné si cette intervention pouvait être appliquée comme thérapie pour la fibrillation auriculaire. Nos résultats montrent que la stimulation du nerf vague droit a été en mesure d'atténuer la fibrillation auriculaire dans 12 des 16 cas malgré un effet pro-arythmique défavorable dans 1 des 16 cas. L'action protective a diminué au fil du temps et est devenue inefficace après ~ 40 minutes après 3 minutes de stimulation du nerf vague.

La représentation auditive motrice reflétée par la négativité de discordance chez l’enfant présentant un trouble du spectre de l’autisme

Il est maintenant bien établi que le cerveau humain est doté d’un système de neurones qui s’active tant à la perception qu’à l’exécution d’une action. Les neurones miroirs, ainsi que le système qu’ils forment avec des structures adjacentes appelées système neurones miroirs (SNM), ont été relié à la compréhension d’action et pourrait être impliqué dans les fonctions sociales de haut niveau tel que l’empathie et l’imitation. Dans la foulée spéculative reliant le SNM à la sphère sociale, le dysfonctionnement de ce système a rapidement gagné intérêt dans la genèse des anomalies du domaine social chez les personnes présentant le Trouble du spectre de l’autisme (TSA). Néanmoins, l’hypothèse voulant que le dysfonctionnement social des TSA repose sur une atteinte du SNM est controversée. En effet, les études soutenant cette hypothèse nécessitent des fonctions cognitives et sociales qui peuvent contribuer à l’obtention de résultats atypiques, telles que la compréhension des consignes, l’attention sur des stimuli sociaux ou la réalisation d’acte moteur. Récemment, un protocole auditif de négativité de discordance (MMN) utilisant des stimuli reliés à l’action humaine a été utilisé pour mesurer l’activité du SNM. Cette technique semble prometteuse dans la mesure où elle ne nécessite pas de capacités attentionnelles ou langagières, elle est brève et demande un montage minimal d’électrodes. Le premier article avait comme objectif principal de mesurer la validité de convergence du protocole MMN relié à l’action avec celui du rythme mu, le protocole le plus utilisé pour enregistrer l’activité miroir à l’aide de l’électroencéphalographie (EEG). Les modes de stimulation ont été délivrées en bloc successif à un groupe de 12 adultes en santé. Alors que les deux techniques ont modulé efficacement les régions fronto-centrales et centrales respectivement, mais ne sont pas corrélées, nous avons conclu qu’il est possible 2 qu’elles mesurent des aspects différents du SNM. Le deuxième article avait comme objectif principal de mesurer l’activité du SNM à l’aide du protocole MMN relié à l’action chez 10 enfants présentant un TSA ainsi que chez 12 enfants neurotypiques dans la même tranche d’âge (5-7ans). Chez les enfants TSA, nous avons montré un patron de latence inversée, comparativement aux enfants du groupe contrôle; ils traitaient plus rapidement les sons contrôles que les sons reliés à l’action humaine, alors que la tendance inverse était observée chez les contrôles. De plus, bien que les deux groupes différaient quant aux sons d’action, ils ne différaient pas quant aux sons contrôles. Quant à l’amplitude, les enfants TSA se distinguaient du groupe contrôle par une amplitude restreinte du son d’action provenant de la bouche. Par ailleurs, les mesures neurophysiologiques et neuropsychologiques n’étaient pas corrélées. En sommes, basé sur la prémisse que ce protocole MMN pourrait mesurer l’activité du SNM, cette thèse a comme but d’améliorer les connaissances quant à son utilisation chez l’adulte et l’enfant neurotypique ainsi que chez l’enfant TSA. Celui-ci pourrait ultimement être utilisé comme un biomarqueur potentiel du TSA.

Pineal indoleamine metabolism in pyridoxine-deficient rats

Pvridoxine deficiency causes physiologically significant decrease in brain serotonin (5-HT) due to decreased decarboxylation of 5- hvdroxvtrvptophan (5-HTP). We have examined the effect of pyridoxine deficiency on indoleamine metabolism in the pineal gland, a tissue with high indoleamine turnover. Adult male Sprague-Dawley rats were fed either a pyridoxine-supplemented or pyridoxinedeficient diet for 8 weeks. Pyridoxine deficiency did not alter the pattern of circadian rhythm of pineal 5-HT. 5-hvdroxvindoleacetic acid (5-HIAA), V-acetvlserotonin (NAS). and melatonin. However the levels of these compounds were significantly lower in the pineal glands of pyridoxine-deficient animals. Pineal 5-HTP levels were consistently higher in the pyridoxine-deficient animals and a conspicuous increase was noticed at 22.00 h. Increase in pineal NAS and melatonin levels caused by isoproterenol (5 mg kg at 17.00 h) were significantly lower (P < 0.05) in the pyridoxine-deficient animals. Treatment of pyridoxine-deficient rats with pvridoxine restored the levels of pineal 5-HT, 5-HIAA. NAS. and melatonin to values seen in pyridoxine-supplemented control animals. These results suggest that 5-HT availability could be an important factor in the regulation of the synthesis of pineal NAS and melatonin.

Sterols in mangrove sediments of the cochin estuary

The thesis entitled “Sterols in Mangrove Sediments of the Cochin Estuary” is an attempt to characterize the sterol content of the mangrove sediments, their dietary status with respect to the natural flora and fauna present, their transfonnations in the sediment and assess contributions, if any to the nursery character of the mangrove eco system. Samplings were done from two sites at Mangalavanam and Vypin. Mangalavanam is a patchy mangrove area in the heart of the city of Cochin and serves as a small bird sanctuary. This is an almost closed system with a single narrow canal linking to the estuary. Vypin, the largest single stretch of mangroves in Kerala, is regularly inundated by a semi diurnal rhythm of Cochin bar mouth. Perhaps, this is the only site in Kerala where one can see mangroves right along the accreting seacoast. However a lot of developmental pressure is threatening the very existence of these mangroves. Post monsoon sediment samples from these areas were used for the present study, as it is the period of maximum faunal growth and activity

Photoperiod-dependent plasticity of circadian pacemaker center in the brain of the Madeira cockroach Rhyparobia maderae

To various degrees, insects in nature adapt to and live with two fundamental environmental rhythms around them: (1) the daily rhythm of light and dark, and (2) the yearly seasonal rhythm of the changing photoperiod (length of light per day). It is hypothesized that two biological clocks evolved in organisms on earth which allow them to harmonize successfully with the two environmental rhythms: (1) the circadian clock, which orchestrates circadian rhythms in physiology and behavior, and (2) the photoperiodic clock, which allows for physiological adaptations to changes in photoperiod during the course of the year (insect photoperiodism). The circadian rhythm is endogenous and continues in constant conditions, while photoperiodism requires specific light inputs of a minimal duration. Output pathways from both clocks control neurosecretory cells which regulate growth and reproduction. This dissertation focuses on the question whether different photoperiods change the network and physiology of the circadian clock of an originally equatorial cockroach species. It is assumed that photoperiod-dependent plasticity of the cockroach circadian clock allows for adaptations in physiology and behavior without the need for a separate photoperiodic clock circuit. The Madeira cockroach Rhyparobia maderae is a well established circadian clock model system. Lesion and transplantation studies identified the accessory medulla (aMe), a small neuropil with about 250 neurons, as the cockroach circadian pacemaker. Among them, the pigment-dispersing factor immunoreactive (PDF-ir) neurons anterior to the aMe (aPDFMes) play a key role as inputs to and outputs of the circadian clock system. The aim of my doctoral thesis was to examine whether and how different photoperiods modify the circadian clock system. With immunocytochemical studies, three-dimensional (3D) reconstruction, standardization and Ca2+-imaging technique, my studies revealed that raising cockroaches in different photoperiods changed the neuronal network of the circadian clock (Wei and Stengl, 2011). In addition, different photoperiods affected the physiology of single, isolated circadian pacemaker neurons. This thesis provides new evidence for the involvement of the circadian clock in insect photoperiodism. The data suggest that the circadian pacemaker system of the Madeira cockroach has the plasticity and potential to allow for physiological adaptations to different photoperiods. Therefore, it may express also properties of a photoperiodic clock.

Characterization of the molecular clockwork in the cockroach Rhyparobia maderae

Der Wechsel von Tag und Nacht erzeugt einen regelmäßigen Rhythmus von verschiedenen Umweltreizen, allen voran Licht und Temperatur. Fast jedes bis zum heutigen Tage untersuchte Lebewesen besitzt einen endogenen Mechanismus zur Zeitwahrnehmung, und diese "innere Uhr" befähigt Lebewesen dazu, sich vorausschauend an rhythmische Umwelt-Änderungen anzupassen. Circadiane Rhythmen bestehen auch ohne jegliche äußere Reize und basieren auf einem molekularen Rückkopplungs-Mechanismus, der Rhythmen in Genexpression und Proteinkonzentration von etwa 24 Stunden erzeugt. Obwohl sich die grundsätzlichen Mechanismen und Komponenten dieses molekularen Uhrwerks in allen Insekten ähneln, zeigte sich jedoch immer mehr, dass es im Detail doch wesentliche Unterschiede zwischen verschiedenen Insektengruppen gibt. Während das molekulare Uhrwerk der Fruchtfliege Drosophila melanogaster inzwischen sehr gut untersucht ist, fehlen bei den meisten Insektengruppen immernoch eingehende Untersuchungen. Fast nichts ist über die molekulare Basis von circadianen Rhythmen bei der Schabe Rhyparobia maderae bekannt, obwohl diese Art bereits seit Langem als Modellorganismus in der Chronobiologie dient. Um mit der Forschung am molekularen, circadianen System von R. maderae zu beginnen, wurde die Struktur und das Expressionsprofil der core feedback loop Gene per, tim1 und cry2 analysiert. Mittels degenerierten Primern und RACE konnte das vollständige offene Leseraster (OLR) von rmPer und rmCry2, und ein Teil des rmTim1 OLR kloniert werden. Eine phylogenetische Analyse gruppierte rmPER und rmCRY2 gemeinsam mit den Orthologa hemimetaboler Insekten. Viele bei D. melanogaster funktionell charakterisierte Domänen sind bei diesen Proteinen konserviert, was auf eine ähnliche Funktion in der inneren Uhr von R. maderae hinweist. Mittels quantitativer PCR konnte gezeigt werden, dass die mRNA von rmPer, rmTim1 und rmCry2 in verschiedenen Lichtregimen in der gleichen Phasenlage Tageszeit-abhängig schwankt. Die Phasenlage stellte sich bei unterschiedlichen Photoperioden jeweils relativ zum Beginn der Skotophase ein, mit Maxima in der ersten Hälfte der Nacht. Auch im Dauerdunkel zeigen sich Rhythmen in der rmTim1 und rmCry2 Expression. Die Amplitude der rmPer Expressionsrhythmen war jedoch so gering, dass keine signifikanten Unterschiede zwischen den einzelnen Zeitgeberzeiten (ZT) festgestellt werden konnten. Mittels Laufrad-Assays wurde untersucht wie Kurz- und Langtag Lichtregime die Verhaltensrhythmen beeinflussen. Es konnten nur Unterschiede in der Periodenlänge unter freilaufenden Bedingungen festgestellt werden, wenn höhere Lichtintensitäten (1000lx) zur Synchronisation (entrainment) genutzt wurden. Die Periode des freilaufenden Rhythmus war bei Tieren aus dem Kurztag länger. Die photoperiodische Plastizität zeigte sich also auch auf Verhaltensebene, obwohl höhere Lichtintensitäten notwendig waren um einen Effekt zu beobachten. Basierend auf den Sequenzen der zuvor klonierten OLR wurden gegen rmPER, rmTIM1 und rmCRY2 gerichtete Antikörper hergestellt. Die Antikörper gegen rmPER und rmTIM1 erkannten in western blots sehr wahrscheinlich spezifisch das jeweilige Protein. Zeitreihen von Gehirngewebe-Homogenisaten zeigten keinen offensichtlichen circadianen Rhythmus in der Proteinkonzentration, wahrscheinlich auf Grund einer Oszillation mit niedriger Amplitude. In Immunhistochemischen Färbungen konnte nur mit dem gegen rmPER gerichteten Antikörper aus Kaninchen ein Signal beobachtet werden. Beinahe jede Zelle des Zentralnervensystems war rmPER-immunreaktiv im Zellkern. Es konnten keine Unterschiede zwischen den untersuchten ZTs festgestellt werden, ähnlich wie bei den western blot Zeitreihen. In dieser Studie konnten erstmals molekulare Daten der circadianen Uhr von R. maderae erfasst und dargestellt werden. Die Uhrgene per, tim1 und cry2 werden in dieser Schabenart exprimiert und ihre Domänenstruktur sowie das circadiane Expressionsmuster ähneln dem hypothetischen ursprünglichen Insektenuhrwerk, welches der circadianen Uhr von Vertebraten nahesteht. Das molekulare Uhrwerk von R. maderae kann sich an unterschiedliche Photoperioden anpassen, und diese Anpassungen manifestieren sich im Expressionsprofil der untersuchten Uhrgene ebenso wie im Verhalten.

Signaling of Pigment-Dispersing Factor (PDF) in the Madeira Cockroach Rhyparobia maderae

The insect neuropeptide pigment-dispersing factor (PDF) is a functional ortholog of vasoactive intestinal polypeptide, the coupling factor of the mammalian circadian pacemaker. Despite of PDF's importance for synchronized circadian locomotor activity rhythms its signaling is not well understood. We studied PDF signaling in primary cell cultures of the accessory medulla, the circadian pacemaker of the Madeira cockroach. In Ca2+ imaging studies four types of PDF-responses were distinguished. In regularly bursting type 1 pacemakers PDF application resulted in dose-dependent long-lasting increases in Ca2+ baseline concentration and frequency of oscillating Ca2+ transients. Adenylyl cyclase antagonists prevented PDF-responses in type 1 cells, indicating that PDF signaled via elevation of intracellular cAMP levels. In contrast, in type 2 pacemakers PDF transiently raised intracellular Ca2+ levels even after blocking adenylyl cyclase activity. In patch clamp experiments the previously characterized types 1–4 could not be identified. Instead, PDF-responses were categorized according to ion channels affected. Application of PDF inhibited outward potassium or inward sodium currents, sometimes in the same neuron. In a comparison of Ca2+ imaging and patch clamp experiments we hypothesized that in type 1 cells PDF-dependent rises in cAMP concentrations block primarily outward K+ currents. Possibly, this PDF-dependent depolarization underlies PDF-dependent phase advances of pacemakers. Finally, we propose that PDF-dependent concomitant modulation of K+ and Na+ channels in coupled pacemakers causes ultradian membrane potential oscillations as prerequisite to efficient synchronization via resonance.

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A set of podcasts made for physicians, by physicians and for patients, by patients. It aims to inform about the latest developments and insights into heart rhythm disorders cardiovascular diseases, their diagnosis and their treatment. The files are available to download as QuickTime or Flash movies, you can subscribe via iTunes, watch from the webpage or subscribe to email alerts.