Block of the Mitral-pulmonary Isthmus During Ablation of a Single Left-sided Accessory Pathway Causing Different Patterns of Retrograde Atrial Activation

The case of a 16-year-old patient with atrioventricular tachycardia caused by a single left anterolateral accessory pathway is reported. When the patient underwent radiofrequency ablation, a lesion on the mitral annulus lateral wall produced changes in the retrograde atrial activation pattern determined by that pathway; changes ranged from a delay in depolarization of the annulus posterior portions to full left atrium counterclockwise activation. Such phenomena were probably caused by a block in the isthmus between the annulus and the lower left pulmonary vein ostium. This case illustrates the importance of the mitral-pulmonary isthmus in the process of left atrium activation, an alert to changes induced by its unintentional block during accessory pathway ablation.

High tidal volume ventilation affects neuronal activation in mechanically ventilated rats

Els malalts crítics presenten sovint seqüeles cognitives a llarg termini, l’aplicació de ventilació mecànica (VM) pot contribuir al seu desenvolupament. El principal objectiu del nostre estudi fou investigar l’efecte de dos patrons de ventilació (volum corrent elevat/baix) en l’activació neuronal (expressió de c-fos) en determinades àrees cerebrals en un model en rates. Després de 3 hores sota VM, es va trobar activació neuronal; la seva intensitat va ser superior al grup de volum corrent elevat, suggerint un efecte iatrogènic de la VM al cervell. Aquests resultats suggereixen que cal aprofundir en l’estudi del crosstalk cervell-pulmó en malalts crítics sota VM.

Early pattern recognition in severe perinatal asphyxia: a prospective MRI study.

On the basis of MRI examinations in 88 neonates and infants with perinatal asphyxia, we defined 6 different patterns on T2-weighted images: pattern A--scattered hyperintensity of both hemispheres of the telencephalon with blurred border zones between cortex and white matter, indicating diffuse brain injury; pattern B--parasagittal hyperintensity extending into the corona radiata, corresponding to the watershed zones; pattern C--hyper- and hypointense lesions in thalamus and basal ganglia, which relate to haemorrhagic necrosis or iron deposition in these areas; pattern D--periventricular hyperintensity, mainly along the lateral ventricles, i.e. periventricular leukomalacia (PVL), originating from the matrix zone; pattern E--small multifocal lesions varying from hyper--to hypointense, interpreted as necrosis and haemorrhage; pattern F--periventricular centrifugal hypointense stripes in the centrum semiovale and deep white matter of the frontal and occipital lobes. Contrast was effectively inverted on T1-weighted images. Patterns A, B and C were found in 17%, 25% and 37% of patients, and patterns D, E and F in 19%, 17% and 35%, respectively. In 49 patients a combination of patterns was observed, but 30% of the initial images were normal. At follow-up, persistent abnormalities were seen in all children with patterns A and D, but in only 52% of those with pattern C. Myelination was retarded most often in patients with diffuse brain injury and PVL (patterns A and D).

Changes of beta-amyloid precursor protein splice patterns in brain cell aggregate cultures.

The splice pattern of beta-amyloid precursor protein (beta-APP) has been studied in a variety of neuronal and glial cells and in brain cell aggregate cultures by the polymerase chain reaction (PCR). The brain-typical pattern, in which beta-APP695 is the dominant form, has been found only in aggregate cultures but not in any of the other cell types including neuronal cell lines. Selective elimination of glial cells from aggregates resulted in increased quantities of beta-APP695, whereas removal of neurons led to a reduction of beta-APP695 and to an elevation of beta-APP751 and beta-APP770. This shift of splice pattern was not observed in cocultures of the neuronal cell line PC 12 with primary astrocytes combined in a variety of cellular ratios. Blood serum, which is an essential component of these cultures, tested on aggregates, did not reduce the amount of beta-APP695 or have any marked effects on splice patterns generally. From these results it is concluded that investigations on brain-typical splicing of beta-APP require primary neurons. Neuronal cell lines may be no suitable model systems. Splicing events favoring production of beta-APP695 may mark an important, very early step of amyloid formation in the brain.

Visuo-motor pathways in humans revealed by event-related fMRI.

Whether different brain networks are involved in generating unimanual responses to a simple visual stimulus presented in the ipsilateral versus contralateral hemifield remains a controversial issue. Visuo-motor routing was investigated with event-related functional magnetic resonance imaging (fMRI) using the Poffenberger reaction time task. A 2 hemifield x 2 response hand design generated the "crossed" and "uncrossed" conditions, describing the spatial relation between these factors. Both conditions, with responses executed by the left or right hand, showed a similar spatial pattern of activated areas, including striate and extrastriate areas bilaterally, SMA, and M1 contralateral to the responding hand. These results demonstrated that visual information is processed bilaterally in striate and extrastriate visual areas, even in the "uncrossed" condition. Additional analyses based on sorting data according to subjects' reaction times revealed differential crossed versus uncrossed activity only for the slowest trials, with response strength in infero-temporal cortices significantly correlating with crossed-uncrossed differences (CUD) in reaction times. Collectively, the data favor a parallel, distributed model of brain activation. The presence of interhemispheric interactions and its consequent bilateral activity is not determined by the crossed anatomic projections of the primary visual and motor pathways. Distinct visuo-motor networks need not be engaged to mediate behavioral responses for the crossed visual field/response hand condition. While anatomical connectivity heavily influences the spatial pattern of activated visuo-motor pathways, behavioral and functional parameters appear to also affect the strength and dynamics of responses within these pathways.

Interhemispheric visual integration in humans explored by multimodal brain imaging

Résumé: Les récents progrès techniques de l'imagerie cérébrale non invasives ont permis d'améliorer la compréhension des différents systèmes fonctionnels cérébraux. Les approches multimodales sont devenues indispensables en recherche, afin d'étudier dans sa globalité les différentes caractéristiques de l'activité neuronale qui sont à la base du fonctionnement cérébral. Dans cette étude combinée d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et d'électroencéphalographie (EEG), nous avons exploité le potentiel de chacune d'elles, soit respectivement la résolution spatiale et temporelle élevée. Les processus cognitifs, de perception et de mouvement nécessitent le recrutement d'ensembles neuronaux. Dans la première partie de cette thèse nous étudions, grâce à la combinaison des techniques IRMf et EEG, la réponse des aires visuelles lors d'une stimulation qui demande le regroupement d'éléments cohérents appartenant aux deux hémi-champs visuels pour en faire une seule image. Nous utilisons une mesure de synchronisation (EEG de cohérence) comme quantification de l'intégration spatiale inter-hémisphérique et la réponse BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent) pour évaluer l'activité cérébrale qui en résulte. L'augmentation de la cohérence de l'EEG dans la bande beta-gamma mesurée au niveau des électrodes occipitales et sa corrélation linéaire avec la réponse BOLD dans les aires de VP/V4, reflète et visualise un ensemble neuronal synchronisé qui est vraisemblablement impliqué dans le regroupement spatial visuel. Ces résultats nous ont permis d'étendre la recherche à l'étude de l'impact que le contenu en fréquence des stimuli a sur la synchronisation. Avec la même approche, nous avons donc identifié les réseaux qui montrent une sensibilité différente à l'intégration des caractéristiques globales ou détaillées des images. En particulier, les données montrent que l'implication des réseaux visuels ventral et dorsal est modulée par le contenu en fréquence des stimuli. Dans la deuxième partie nous avons a testé l'hypothèse que l'augmentation de l'activité cérébrale pendant le processus de regroupement inter-hémisphérique dépend de l'activité des axones calleux qui relient les aires visuelles. Comme le Corps Calleux présente une maturation progressive pendant les deux premières décennies, nous avons analysé le développement de la fonction d'intégration spatiale chez des enfants âgés de 7 à 13 ans et le rôle de la myelinisation des fibres calleuses dans la maturation de l'activité visuelle. Nous avons combiné l'IRMf et la technique de MTI (Magnetization Transfer Imaging) afin de suivre les signes de maturation cérébrale respectivement sous l'aspect fonctionnel et morphologique (myelinisation). Chez lés enfants, les activations associées au processus d'intégration entre les hémi-champs visuels sont, comme chez l'adulte, localisées dans le réseau ventral mais se limitent à une zone plus restreinte. La forte corrélation que le signal BOLD montre avec la myelinisation des fibres du splenium est le signe de la dépendance entre la maturation des fonctions visuelles de haut niveau et celle des connections cortico-corticales. Abstract: Recent advances in non-invasive brain imaging allow the visualization of the different aspects of complex brain dynamics. The approaches based on a combination of imaging techniques facilitate the investigation and the link of multiple aspects of information processing. They are getting a leading tool for understanding the neural basis of various brain functions. Perception, motion, and cognition involve the formation of cooperative neuronal assemblies distributed over the cerebral cortex. In this research, we explore the characteristics of interhemispheric assemblies in the visual brain by taking advantage of the complementary characteristics provided by EEG (electroencephalography) and fMRI (Functional Magnetic Resonance Imaging) techniques. These are the high temporal resolution for EEG and high spatial resolution for fMRI. In the first part of this thesis we investigate the response of the visual areas to the interhemispheric perceptual grouping task. We use EEG coherence as a measure of synchronization and BOLD (Blood Oxygenar tion Level Dependent) response as a measure of the related brain activation. The increase of the interhemispheric EEG coherence restricted to the occipital electrodes and to the EEG beta band and its linear relation to the BOLD responses in VP/V4 area points to a trans-hemispheric synchronous neuronal assembly involved in early perceptual grouping. This result encouraged us to explore the formation of synchronous trans-hemispheric networks induced by the stimuli of various spatial frequencies with this multimodal approach. We have found the involvement of ventral and medio-dorsal visual networks modulated by the spatial frequency content of the stimulus. Thus, based on the combination of EEG coherence and fMRI BOLD data, we have identified visual networks with different sensitivity to integrating low vs. high spatial frequencies. In the second part of this work we test the hypothesis that the increase of brain activity during perceptual grouping depends on the activity of callosal axons interconnecting the visual areas that are involved. To this end, in children of 7-13 years, we investigated functional (functional activation with fMRI) and morphological (myelination of the corpus callosum with Magnetization Transfer Imaging (MTI)) aspects of spatial integration. In children, the activation associated with the spatial integration across visual fields was localized in visual ventral stream and limited to a part of the area activated in adults. The strong correlation between individual BOLD responses in .this area and the myelination of the splenial system of fibers points to myelination as a significant factor in the development of the spatial integration ability.

Magnetic resonance imaging of Huntington's disease: preparing for clinical trials.

The known genetic mutation causing Huntington's disease (HD) makes this disease an important model to study links between gene and brain function. An autosomal dominant family history and the availability of a sensitive and specific genetic test allow pre-clinical diagnosis many years before the onset of any typical clinical signs. This review summarizes recent magnetic resonance imaging (MRI)-based findings in HD with a focus on the requirements if imaging is to be used in treatment trials. Despite its monogenetic cause, HD presents with a range of clinical manifestations, not explained by variation in the number of CAG repeats in the affected population. Neuroimaging studies have revealed a complex pattern of structural and functional changes affecting widespread cortical and subcortical regions far beyond the confines of the striatal degeneration that characterizes this disorder. Besides striatal dysfunction, functional imaging studies have reported a variable pattern of increased and decreased activation in cortical regions in both pre-clinical and clinically manifest HD-gene mutation carriers. Beyond regional brain activation changes, evidence from functional and diffusion-weighted MRI further suggests disrupted connectivity between corticocortical and corticostriatal areas. However, substantial inconsistencies with respect to structural and functional changes have been reported in a number of studies. Possible explanations include methodological factors and differences in study samples. There may also be biological explanations but these are poorly characterized and understood at present. Additional insights into this phenotypic variability derived from study of mouse models are presented to explore this phenomenon.

How single-trial electrical neuroimaging contributes to multisensory research.

This study details a method to statistically determine, on a millisecond scale and for individual subjects, those brain areas whose activity differs between experimental conditions, using single-trial scalp-recorded EEG data. To do this, we non-invasively estimated local field potentials (LFPs) using the ELECTRA distributed inverse solution and applied non-parametric statistical tests at each brain voxel and for each time point. This yields a spatio-temporal activation pattern of differential brain responses. The method is illustrated here in the analysis of auditory-somatosensory (AS) multisensory interactions in four subjects. Differential multisensory responses were temporally and spatially consistent across individuals, with onset at approximately 50 ms and superposition within areas of the posterior superior temporal cortex that have traditionally been considered auditory in their function. The close agreement of these results with previous investigations of AS multisensory interactions suggests that the present approach constitutes a reliable method for studying multisensory processing with the temporal and spatial resolution required to elucidate several existing questions in this field. In particular, the present analyses permit a more direct comparison between human and animal studies of multisensory interactions and can be extended to examine correlation between electrophysiological phenomena and behavior.

Schizotypal perceptual aberrations of time: correlation between score, behavior and brain activity.

A fundamental trait of the human self is its continuum experience of space and time. Perceptual aberrations of this spatial and temporal continuity is a major characteristic of schizophrenia spectrum disturbances--including schizophrenia, schizotypal personality disorder and schizotypy. We have previously found the classical Perceptual Aberration Scale (PAS) scores, related to body and space, to be positively correlated with both behavior and temporo-parietal activation in healthy participants performing a task involving self-projection in space. However, not much is known about the relationship between temporal perceptual aberration, behavior and brain activity. To this aim, we composed a temporal Perceptual Aberration Scale (tPAS) similar to the traditional PAS. Testing on 170 participants suggested similar performance for PAS and tPAS. We then correlated tPAS and PAS scores to participants' performance and neural activity in a task of self-projection in time. tPAS scores correlated positively with reaction times across task conditions, as did PAS scores. Evoked potential mapping and electrical neuroimaging showed self-projection in time to recruit a network of brain regions at the left anterior temporal cortex, right temporo-parietal junction, and occipito-temporal cortex, and duration of activation in this network positively correlated with tPAS and PAS scores. These data demonstrate that schizotypal perceptual aberrations of both time and space, as reflected by tPAS and PAS scores, are positively correlated with performance and brain activation during self-projection in time in healthy individuals along the schizophrenia spectrum.

Cognitive anatomy of the temporal lobe: Effect of personality in population with mild cognitive impairment & Functional specialization for memory systems in healthy individuals.

Résumé: L'impact de la maladie d'Alzheimer (MA) est dévastateur pour la vie quotidienne de la personne affectée, avec perte progressive de la mémoire et d'autres facultés cognitives jusqu'à la démence. Il n'existe toujours pas de traitement contre cette maladie et il y a aussi une grande incertitude sur le diagnostic des premiers stades de la MA. La signature anatomique de la MA, en particulier l'atrophie du lobe temporal moyen (LTM) mesurée avec la neuroimagerie, peut être utilisée comme un biomarqueur précoce, in vivo, des premiers stades de la MA. Toutefois, malgré le rôle évident du LMT dans les processus de la mémoire, nous savons que les modèles anatomiques prédictifs de la MA basés seulement sur des mesures d'atrophie du LTM n'expliquent pas tous les cas cliniques. Au cours de ma thèse, j'ai conduit trois projets pour comprendre l'anatomie et le fonctionnement du LMT dans (1) les processus de la maladie et dans (2) les processus de mémoire ainsi que (3) ceux de l'apprentissage. Je me suis intéressée à une population avec déficit cognitif léger (« Mild Cognitive Impairment », MCI), à risque pour la MA. Le but du premier projet était de tester l'hypothèse que des facteurs, autres que ceux cognitifs, tels que les traits de personnalité peuvent expliquer les différences interindividuelles dans le LTM. De plus, la diversité phénotypique des manifestations précliniques de la MA provient aussi d'une connaissance limitée des processus de mémoire et d'apprentissage dans le cerveau sain. L'objectif du deuxième projet porte sur l'investigation des sous-régions du LTM, et plus particulièrement de leur contribution dans différentes composantes de la mémoire de reconnaissance chez le sujet sain. Pour étudier cela, j'ai utilisé une nouvelle méthode multivariée ainsi que l'IRM à haute résolution pour tester la contribution de ces sous-régions dans les processus de familiarité (« ou Know ») et de remémoration (ou « Recollection »). Finalement, l'objectif du troisième projet était de tester la contribution du LTM en tant que système de mémoire dans l'apprentissage et l'interaction dynamique entre différents systèmes de mémoire durant l'apprentissage. Les résultats du premier projet montrent que, en plus du déficit cognitif observé dans une population avec MCI, les traits de personnalité peuvent expliquer les différences interindividuelles du LTM ; notamment avec une plus grande contribution du neuroticisme liée à une vulnérabilité au stress et à la dépression. Mon étude a permis d'identifier un pattern d'anormalité anatomique dans le LTM associé à la personnalité avec des mesures de volume et de diffusion moyenne du tissu. Ce pattern est caractérisé par une asymétrie droite-gauche du LTM et un gradient antéro-postérieur dans le LTM. J'ai interprété ce résultat par des propriétés tissulaires et neurochimiques différemment sensibles au stress. Les résultats de mon deuxième projet ont contribué au débat actuel sur la contribution des sous-régions du LTM dans les processus de familiarité et de remémoration. Utilisant une nouvelle méthode multivariée, les résultats supportent premièrement une dissociation des sous-régions associées aux différentes composantes de la mémoire. L'hippocampe est le plus associé à la mémoire de type remémoration et le cortex parahippocampique, à la mémoire de type familiarité. Deuxièmement, l'activation correspondant à la trace mnésique pour chaque type de mémoire est caractérisée par une distribution spatiale distincte. La représentation neuronale spécifique, « sparse-distributed», associée à la mémoire de remémoration dans l'hippocampe serait la meilleure manière d'encoder rapidement des souvenirs détaillés sans interférer les souvenirs précédemment stockés. Dans mon troisième projet, j'ai mis en place une tâche d'apprentissage en IRM fonctionnelle pour étudier les processus d'apprentissage d'associations probabilistes basé sur le feedback/récompense. Cette étude m'a permis de mettre en évidence le rôle du LTM dans l'apprentissage et l'interaction entre différents systèmes de mémoire comme la mémoire procédurale, perceptuelle ou d'amorçage et la mémoire de travail. Nous avons trouvé des activations dans le LTM correspondant à un processus de mémoire épisodique; les ganglions de la base (GB), à la mémoire procédurale et la récompense; le cortex occipito-temporal (OT), à la mémoire de représentation perceptive ou l'amorçage et le cortex préfrontal, à la mémoire de travail. Nous avons également observé que ces régions peuvent interagir; le type de relation entre le LTM et les GB a été interprété comme une compétition, ce qui a déjà été reporté dans des études récentes. De plus, avec un modèle dynamique causal, j'ai démontré l'existence d'une connectivité effective entre des régions. Elle se caractérise par une influence causale de type « top-down » venant de régions corticales associées avec des processus de plus haut niveau venant du cortex préfrontal sur des régions corticales plus primaires comme le OT cortex. Cette influence diminue au cours du de l'apprentissage; cela pourrait correspondre à un mécanisme de diminution de l'erreur de prédiction. Mon interprétation est que cela est à l'origine de la connaissance sémantique. J'ai également montré que les choix du sujet et l'activation cérébrale associée sont influencés par les traits de personnalité et des états affectifs négatifs. Les résultats de cette thèse m'ont amenée à proposer (1) un modèle expliquant les mécanismes possibles liés à l'influence de la personnalité sur le LTM dans une population avec MCI, (2) une dissociation des sous-régions du LTM dans différents types de mémoire et une représentation neuronale spécifique à ces régions. Cela pourrait être une piste pour résoudre les débats actuels sur la mémoire de reconnaissance. Finalement, (3) le LTM est aussi un système de mémoire impliqué dans l'apprentissage et qui peut interagir avec les GB par une compétition. Nous avons aussi mis en évidence une interaction dynamique de type « top -down » et « bottom-up » entre le cortex préfrontal et le cortex OT. En conclusion, les résultats peuvent donner des indices afin de mieux comprendre certains dysfonctionnements de la mémoire liés à l'âge et la maladie d'Alzheimer ainsi qu'à améliorer le développement de traitement. Abstract: The impact of Alzheimer's disease is devastating for the daily life of the affected patients, with progressive loss of memory and other cognitive skills until dementia. We still lack disease modifying treatment and there is also a great amount of uncertainty regarding the accuracy of diagnostic classification in the early stages of AD. The anatomical signature of AD, in particular the medial temporal lobe (MTL) atrophy measured with neuroimaging, can be used as an early in vivo biomarker in early stages of AD. However, despite the evident role of MTL in memory, we know that the derived predictive anatomical model based only on measures of brain atrophy in MTL does not explain all clinical cases. Throughout my thesis, I have conducted three projects to understand the anatomy and the functioning of MTL on (1) disease's progression, (2) memory process and (3) learning process. I was interested in a population with mild cognitive impairment (MCI), at risk for AD. The objective of the first project was to test the hypothesis that factors, other than the cognitive ones, such as the personality traits, can explain inter-individual differences in the MTL. Moreover, the phenotypic diversity in the manifestations of preclinical AD arises also from the limited knowledge of memory and learning processes in healthy brain. The objective of the second project concerns the investigation of sub-regions of the MTL, and more particularly their contributions in the different components of recognition memory in healthy subjects. To study that, I have used a new multivariate method as well as MRI at high resolution to test the contribution of those sub-regions in the processes of familiarity and recollection. Finally, the objective of the third project was to test the contribution of the MTL as a memory system in learning and the dynamic interaction between memory systems during learning. The results of the first project show that, beyond cognitive state of impairment observed in the population with MCI, the personality traits can explain the inter-individual differences in the MTL; notably with a higher contribution of neuroticism linked to proneness to stress and depression. My study has allowed identifying a pattern of anatomical abnormality in the MTL related to personality with measures of volume and mean diffusion of the tissue. That pattern is characterized by right-left asymmetry in MTL and an anterior to posterior gradient within MTL. I have interpreted that result by tissue and neurochemical properties differently sensitive to stress. Results of my second project have contributed to the actual debate on the contribution of MTL sub-regions in the processes of familiarity and recollection. Using a new multivariate method, the results support firstly a dissociation of the subregions associated with different memory components. The hippocampus was mostly associated with recollection and the surrounding parahippocampal cortex, with familiarity type of memory. Secondly, the activation corresponding to the mensic trace for each type of memory is characterized by a distinct spatial distribution. The specific neuronal representation, "sparse-distributed", associated with recollection in the hippocampus would be the best way to rapidly encode detailed memories without overwriting previously stored memories. In the third project, I have created a learning task with functional MRI to sudy the processes of learning of probabilistic associations based on feedback/reward. That study allowed me to highlight the role of the MTL in learning and the interaction between different memory systems such as the procedural memory, the perceptual memory or priming and the working memory. We have found activations in the MTL corresponding to a process of episodic memory; the basal ganglia (BG), to a procedural memory and reward; the occipito-temporal (OT) cortex, to a perceptive memory or priming and the prefrontal cortex, to working memory. We have also observed that those regions can interact; the relation type between the MTL and the BG has been interpreted as a competition. In addition, with a dynamic causal model, I have demonstrated a "top-down" influence from cortical regions associated with high level cortical area such as the prefrontal cortex on lower level cortical regions such as the OT cortex. That influence decreases during learning; that could correspond to a mechanism linked to a diminution of prediction error. My interpretation is that this is at the origin of the semantic knowledge. I have also shown that the subject's choice and the associated brain activation are influenced by personality traits and negative affects. Overall results of this thesis have brought me to propose (1) a model explaining the possible mechanism linked to the influence of personality on the MTL in a population with MCI, (2) a dissociation of MTL sub-regions in different memory types and a neuronal representation specific to each region. This could be a cue to resolve the actual debates on recognition memory. Finally, (3) the MTL is also a system involved in learning and that can interact with the BG by a competition. We have also shown a dynamic interaction of « top -down » and « bottom-up » types between the pre-frontal cortex and the OT cortex. In conclusion, the results could give cues to better understand some memory dysfunctions in aging and Alzheimer's disease and to improve development of treatment.

NAA and NAAG variation in neuronal activation during visual stimulation

N-acetyl-aspartyl-glutamate (NAAG) and its hydrolysis product N-acetyl-L-aspartate (NAA) are among the most important brain metabolites. NAA is a marker of neuron integrity and viability, while NAAG modulates glutamate release and may have a role in neuroprotection and synaptic plasticity. Investigating on a quantitative basis the role of these metabolites in brain metabolism in vivo by magnetic resonance spectroscopy (MRS) is a major challenge since the main signals of NAA and NAAG largely overlap. This is a preliminary study in which we evaluated NAA and NAAG changes during a visual stimulation experiment using functional MRS. The paradigm used consisted of a rest period (5 min and 20 s), followed by a stimulation period (10 min and 40 s) and another rest period (10 min and 40 s). MRS from 17 healthy subjects were acquired at 3T with TR/TE = 2000/288 ms. Spectra were averaged over subjects and quantified with LCModel. The main outcomes were that NAA concentration decreased by about 20% with the stimulus, while the concentration of NAAG concomitantly increased by about 200%. Such variations fall into models for the energy metabolism underlying neuronal activation that point to NAAG as being responsible for the hyperemic vascular response that causes the BOLD signal. They also agree with the fact that NAAG and NAA are present in the brain at a ratio of about 1:10, and with the fact that the only known metabolic pathway for NAAG synthesis is from NAA and glutamate.

The neurobiology of meditation for the control of pain

La douleur est une expérience multidimensionnelle comportant des aspects sensoriels, émotionnels et cognitifs. Il a été montré que cette expérience peut être modulée par des facteurs psychologiques ou des interventions cognitives comme l’attention, la distraction, l’hypnose ou les attentes. La tradition orientale suggère également que la pratique de la méditation pourrait avoir des effets analgésiques. D’un point de vue théorique, plusieurs mécanismes pourraient expliquer ces effets. Cependant, très peu d’études ont testé ces hypothèses. Les études présentées dans cette thèse avaient donc pour objectif d’examiner les mécanismes analgésiques de la méditation. Dans un premier temps, une étude psychophysique a été réalisée afin de comparer les réponses à la douleur entre des adeptes de la méditation Zen et des sujets contrôles, dans différentes conditions attentionnelles. Durant la condition attentionnelle de type « mindful », les adeptes de la méditation ont présenté une plus faible sensibilité à la douleur, des réponses attentionnelles à la douleur atypiques et une diminution de la perception de la douleur associée à l’entraînement à la méditation. Une deuxième étude a été réalisée en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) avec des groupes de participants similaires. Dans une condition sans méditation, les adeptes de la méditation ont présenté de plus fortes réponses nociceptives dans les régions primaires de la douleur. Les régions cérébrales associées aux processus d’évaluation, à la mémoire et aux émotions ont quant à elles montré une diminution d’activité. De plus, cette diminution était plus importante chez les adeptes de la méditation les plus expérimentés et elle était associée à des évaluations de douleur plus faibles. Par ailleurs, des changements de connectivité fonctionnelle entre le cortex préfrontal et une région primaires de la douleur étaient associés à la sensibilité à la douleur chez les adeptes de la méditation. Finalement, une étude d’imagerie cérébrale structurale (publiée comme deux études séparées) a été réalisée pour examiner les différences d’épaisseur corticale entre les groupes, pour des régions associées à la douleur. Les adeptes de la méditation ont présenté une épaisseur plus importante de matière grise dans plusieurs régions associées à la douleur et l’attention. De plus, ces différences étaient associées à une mesure expérientielle de l’attention, à la sensibilité à la douleur et à l’expérience de méditation. Dans l’ensemble, ces résultats suggèrent que la méditation pourrait influencer la perception de la douleur par des changements fonctionnels et physiques dans le cerveau. De plus, le patron d’activation et la modulation de l’expérience paraissent uniques en comparaison à ceux d’autres interventions, ce qui suggère qu’un état de détachement et un focus mental favorisent la dissociation entre les aspects désagréables et sensoriels d’un stimulus nociceptif.

Substrats neuronaux de la mémoire épisodique et de la mémoire de travail dans le vieillissement normal et pathologique

La maladie d’Alzheimer (MA) est de loin le type de démence le plus répandu chez les personnes âgées. Il est maintenant possible de proposer un certain nombre d’interventions ou de stratégies préventives aux personnes portant un diagnostic de MA ou à risque de développer la maladie. Il est donc important de diagnostiquer cette maladie le plus tôt possible. Les personnes avec un trouble cognitif léger (TCL) représentent une population d’intérêt puisqu’elles sont à haut risque d’évoluer vers une démence et plusieurs d’entres elles seraient ainsi dans une phase prodromale de la MA. Les travaux de cette thèse visent à explorer les activations fonctionnelles associées à la mémoire épisodique et à la mémoire de travail dans le TCL ainsi qu’aux effets de la sévérité de la maladie et des caractéristiques de la tâche sur ces activations. Dans un premier temps, nous exposerons les connaissances relatives au niveau des atteintes cognitives, du patron d’activation fonctionnelle et des plus récents modèles élaborés pour expliquer les changements d’activation dans le vieillissement normal et pathologique (Chapitre 1). Par la suite, les études réalisées dans le cadre de cette thèse seront présentées. Nous avons d’abord étudié la fiabilité du signal d’activation chez les TCL et chez les personnes âgées saines (PA) à l’aide de tâches d’encodage et de récupération de mots (Chapitre 2). Nous avons ensuite comparé le patron d’activation cérébral des PA et des personnes TCL alors qu’elles réalisaient une tâche d’encodage et de récupération de mots. L’effet de la sévérité a été évalué en corrélant les activations des personnes TCL à leurs scores obtenu à une échelle évaluant leur cognition globale (Chapitre 3). L’effet de sévérité a ensuite été étudié de manière plus approfondie chez un plus grand nombre de TCL en utilisant la médiane du groupe à cette même échelle pour déterminer un groupe de TCL plus atteints et un groupe de TCL moins atteints. Ces deux groupes ont ensuite été comparés à un groupe de PA lors d’une tâche d’encodage de paires de mots reliés sémantiquement ou non-reliés (Chapitre 4), une tâche de reconnaissance de paires de mots mesurant principalement la familiarité ou principalement la recollection (Chapitre 5), ainsi que deux tâches impliquant des composantes différentes de la mémoire de travail et des fonctions exécutives, soit la manipulation de l’information et l’attention divisée (Chapitre 6). Les résultats présentés dans cette thèse ont mis en évidence une distinction entre le patron d’activation des TCL et des PA qui semble caractérisée par une interaction entre le niveau de sévérité de la maladie et les processus cognitifs impliqués dans la tâche. L’effet de sévérité a été observé lors de plusieurs tâches impliquant des processus cognitifs différents où les MCI moins atteints ont montré principalement des hyperactivations sous-tendant des mécanismes compensatoires et les MCI plus atteints ont montré principalement des hypoactivations soulignant la dégradation de ces mécanismes. Par ailleurs, les résultats de nos études ont aussi montré que cet effet de sévérité est modulé par le moment d’altération du processus cognitif impliqué dans la tâche: les processus altérés précocément dans le TCL sont caractériséees par des hyperactivations chez les TCL moins atteints tandis que les processus altérés plus tardivement ont plutôt élicité des hyperactivations chez les TCL plus atteints. Les implications de ces résultats, ainsi que les limites des études, sont discutés (Chapitre 7).

A orientação homossexual e as investigações acerca da existência de componentes biológicos e genéticos determinantes; The homosexual orientation and investigations about the existence of components biological and genetics determinants

The male and female homosexual orientation has substantial prevalence in humans and can be explained by determinants of various levels: biological, genetic, psychological, social and cultural. However, the biological and genetic evidence have been the main hypotheses tested in scientific research in the world. This article aims to review research studies about the existence of genetic and biological evidence that determine homosexual orientation. Was conducted a review of the literature, using the database MedLine/PubMed and Google scholar. The papers and books were searched in Portuguese and English, using the following keywords: sexual orientation, sexual behavior, homosexuality, developmental Biology and genetics. Was selected papers of the last 22 years. Were found five main theories about the biological components: (1) fraternal birth order, (2) brain androgenization and 2D:4D ratio; (3) brain activation by pheromones; and (4) epigenetic inheritance; and four theories about the genetic components: (1) genetic polymorphism; (2) pattern of X-linked inheritance; (3) monozygotic twins; and (4) sexual antagonistic selection. Concluded that there were many scientific evidence found over time to explain some of biological and genetic components of homosexuality, especially in males. However, today, there is no definitive explanation about what are the determinants of homosexual orientation components.

Sex-dependent age modulation of frontostriatal and temporo-parietal activation during cognitive control

Developmental functional imaging studies of cognitive control show progressive age-related increase in task-relevant fronto-striatal activation in male development from childhood to adulthood. Little is known, however, about how gender affects this functional development. In this study, we used event related functional magnetic resonance imaging to examine effects of sex, age, and their interaction on brain activation during attentional switching and interference inhibition, in 63 male and female adolescents and adults, aged 13 to 38. Linear age correlations were observed across all subjects in task-specific frontal, striatal and temporo-parietal activation. Gender analysis revealed increased activation in females relative to males in fronto-striatal areas during the Switch task, and laterality effects in the Simon task, with females showing increased left inferior prefrontal and temporal activation, and males showing increased right inferior prefrontal and parietal activation. Increased prefrontal activation clusters in females and increased parietal activation clusters in males furthermore overlapped with clusters that were age-correlated across the whole group, potentially reflecting more mature prefrontal brain activation patterns for females, and more mature parietal activation patterns for males. Gender by age interactions further supported this dissociation, revealing exclusive female-specific age correlations in inferior and medial prefrontal brain regions during both tasks, and exclusive male-specific age correlations in superior parietal (Switch task) and temporal regions (Simon task). These findings show increased recruitment of age-correlated prefrontal activation in females, and of age-correlated parietal activation in males, during tasks of cognitive control. Gender differences in frontal and parietal recruitment may thus be related to gender differences in the neurofunctional maturation of these brain regions.