Expression of the retinoic acid catabolic enzyme CYP26B1 in the human brain to maintain signaling homeostasis

Funding was provided by the Wellcome Trust grant WT081633MA-NCE and Biological Sciences Research Council Grant BB/K001043/1. Prof Fragoso is the recipient of a Post Doctoral Science without Borders grant from the Brazilian National Council for Scientific and Technological Development (CNPq, 237450/2012-7).

Changes in Brain Resting-state Functional Connectivity Associated with Peripheral Nerve Block: A Pilot Study.

BACKGROUND: Limited information exists on the effects of temporary functional deafferentation (TFD) on brain activity after peripheral nerve block (PNB) in healthy humans. Increasingly, resting-state functional connectivity (RSFC) is being used to study brain activity and organization. The purpose of this study was to test the hypothesis that TFD through PNB will influence changes in RSFC plasticity in central sensorimotor functional brain networks in healthy human participants. METHODS: The authors achieved TFD using a supraclavicular PNB model with 10 healthy human participants undergoing functional connectivity magnetic resonance imaging before PNB, during active PNB, and during PNB recovery. RSFC differences among study conditions were determined by multiple-comparison-corrected (false discovery rate-corrected P value less than 0.05) random-effects, between-condition, and seed-to-voxel analyses using the left and right manual motor regions. RESULTS: The results of this pilot study demonstrated disruption of interhemispheric left-to-right manual motor region RSFC (e.g., mean Fisher-transformed z [effect size] at pre-PNB 1.05 vs. 0.55 during PNB) but preservation of intrahemispheric RSFC of these regions during PNB. Additionally, there was increased RSFC between the left motor region of interest (PNB-affected area) and bilateral higher order visual cortex regions after clinical PNB resolution (e.g., Fisher z between left motor region of interest and right and left lingual gyrus regions during PNB, -0.1 and -0.6 vs. 0.22 and 0.18 after PNB resolution, respectively). CONCLUSIONS: This pilot study provides evidence that PNB has features consistent with other models of deafferentation, making it a potentially useful approach to investigate brain plasticity. The findings provide insight into RSFC of sensorimotor functional brain networks during PNB and PNB recovery and support modulation of the sensory-motor integration feedback loop as a mechanism for explaining the behavioral correlates of peripherally induced TFD through PNB.

Individual Differences in the Neural Response to Personal Goal Pursuit Success and Failure: A Developmental Analysis

Regulatory focus theory (RFT) proposes two different social-cognitive motivational systems for goal pursuit: a promotion system, which is organized around strategic approach behaviors and "making good things happen," and a prevention system, which is organized around strategic avoidance and "keeping bad things from happening." The promotion and prevention systems have been extensively studied in behavioral paradigms, and RFT posits that prolonged perceived failure to make progress in pursuing promotion or prevention goals can lead to ineffective goal pursuit and chronic distress (Higgins, 1997).

Research has begun to focus on uncovering the neural correlates of the promotion and prevention systems in an attempt to differentiate them at the neurobiological level. Preliminary research suggests that the promotion and prevention systems have both distinct and overlapping neural correlates (Eddington, Dolcos, Cabeza, Krishnan, & Strauman, 2007; Strauman et al., 2013). However, little research has examined how individual differences in regulatory focus develop and manifest. The development of individual differences in regulatory focus is particularly salient during adolescence, a crucial topic to explore given the dramatic neurodevelopmental and psychosocial changes that take place during this time, especially with regard to self-regulatory abilities. A number of questions remain unexplored, including the potential for goal-related neural activation to be modulated by (a) perceived proximity to goal attainment, (b) individual differences in regulatory orientation, specifically general beliefs about one's success or failure in attaining the two kinds of goals, (c) age, with a particular focus on adolescence, and (d) homozygosity for the Met allele of the catechol-O-methyltransferase (COMT) Val158Met polymorphism, a naturally occurring genotype which has been shown to impact prefrontal cortex activation patterns associated with goal pursuit behaviors.

This study explored the neural correlates of the promotion and prevention systems through the use of a priming paradigm involving rapid, brief, masked presentation of individually selected promotion and prevention goals to each participant while being scanned. The goals used as priming stimuli varied with regard to whether participants reported that they were close to or far away from achieving them (i.e. a "match" versus a "mismatch" representing perceived success or failure in personal goal pursuit). The study also assessed participants' overall beliefs regarding their relative success or failure in attaining promotion and prevention goals, and all participants were genotyped for the COMT Val158Met polymorphism.

A number of significant findings emerged. Both promotion and prevention priming were associated with activation in regions associated with self-referential cognition, including the left medial prefrontal cortex, cuneus, and lingual gyrus. Promotion and prevention priming were also associated with distinct patterns of neural activation; specifically, left middle temporal gyrus activation was found to be significantly greater during prevention priming. Activation in response to promotion and prevention goals was found to be modulated by self-reports of both perceived proximity to goal achievement and goal orientation. Age also had a significant effect on activation, such that activation in response to goal priming became more robust in the prefrontal cortex and in default mode network regions as a function of increasing age. Finally, COMT genotype also modulated the neural response to goal priming both alone and through interactions with regulatory focus and age. Overall, these findings provide further clarification of the neural underpinnings of the promotion and prevention systems as well as provide information about the role of development and individual differences at the personality and genetic level on activity in these neural systems.

Bridging the link between trauma, brain development and depression: epigenetic mechanisms

Despite its large impact on the individual and society, we currently have only a rudimentary understanding of the biological basis of Major Depressive Disorder, even less so in adolescent populations. This thesis focuses on two research questions. First, how do adolescents with depression differ from adolescents who have never been depressed on (1a) brain morphology and (1b) DNA methylation? We studied differences in the fronto-limbic system (a collection of areas responsible for emotion regulation) and methylation at the serotonin transporter (SLC6A4) and FK506 binding protein gene (FKBP5) genes (two genes strongly linked to stress regulation and depression). Second, how does childhood trauma, which is known to increase risk for depression, affect (2a) brain development and (2b) SLC6A4 and FKBP5 methylation? Further, (2c) how might DNA methylation explain how trauma affects brain development in depression? We studied these questions in 24 adolescent depressed patients and 21 controls. We found that (1a) depressed adolescents had decreased left precuneus volume and greater volume of the left precentral gyrus compared to controls; however, no differences in fronto-limbic morphology were identified. Moreover, (1b) individuals with depression had lower levels of FKBP5 methylation than controls. In line with our second hypothesis (2a) greater levels of trauma were associated with decreased volume of a number of fronto-limbic regions. Further, we found that (2b) greater trauma was associated with decreased SLC6A4, but not FKBP5, methylation. Finally, (2c) greater FKBP5, but not SLC6A4, methylation was associated with decreased volume of a number of fronto-limbic regions. The results of this study suggest an association among trauma, DNA methylation and brain development in youth, but the direction of these relationships appears to be inconsistent. Future studies using a longitudinal design will be necessary to clarify these results and help us understand how the brain and epigenome change over time in depressed youth.

Pratiques parentales coercitives, anxiété et traitement de la peur chez les jeunes en bonne santé: corrélats neuronaux, biologiques, physiologiques et comportementaux

L’adversité tôt dans la vie est associée au développement de symptômes anxieux pouvant perdurer jusqu’à l’âge adulte (Casey et el, 2010, Pine 2003). Des études chez l’adulte suggèrent que ces liens pourraient être associés à des altérations du « circuit de la peur » qui inclut l’amygdale, l’hippocampe antérieur, l’insula et le cortex préfrontal (Marek, 2013, Etkin & Wager, 2007). Ceci a cependant peu été étudié chez les jeunes. L’objectif principal de cette thèse était de définir les corrélats comportementaux, physiologiques, biologiques et neuronaux du traitement de la peur chez les jeunes en bonne santé, en lien ou non avec un historique d’adversité -- sous la forme de pratiques parentales coercitives -- et d’anxiété. D’abord, puisque nous nous intéressions aux pratiques parentales coercitives chroniques, nous avons examiné leur évolution et facteurs de risque, en nous concentrant sur la période de 17 à 72 mois. Un total de 2045 dyades mère-enfant ont été incluses dans une analyse de courbe de croissance latente. Nous avons démontré que la coercition maternelle suit une évolution non linéaire durant cette période et atteint un sommet à 42 mois. Les facteurs de risque relatifs à l’enfant et à la mère, mesurés à 17 mois, permettent de prédire les niveaux de coercition à 42 mois. Finalement, les prédicteurs relatifs à l’enfant et l’efficacité maternelle prédisent l’évolution des pratiques parentales coercitives entre 17 et 72 mois. Ensuite, afin de définir une méthodologie solide pour étudier le traitement de la peur chez des jeunes, nous avons adapté une tâche développée par Lau et ses collaborateurs (2008), employant des visages féminins comme stimuli. Le sexe des participants et des visages employés comme stimuli pouvant potentiellement moduler le traitement de la peur (Kret & de Gelder, 2012; McClure, 2000), nous avons étudié leurs influences respectives sur les réponses électrodermales et subjectives de peur durant le conditionnement et l’extinction de la peur chez 117 jeunes. Nous avons démontré que les stimuli féminins suscitent des réponses davantage comparables entre les garçons et les filles que les stimuli masculins. De plus, nous avons observé un effet du « même sexe », caractérisé par un conditionnement différentiel uniquement face aux stimuli du même sexe que le participant. Finalement, nous avons exploré les différences individuelles et conjointes associées aux différents niveaux de pratiques parentales coercitives et d’anxiété en termes de réponses de peur et d’activité cérébrale, durant le conditionnement et l’extinction de la peur chez 84 jeunes. Nous avons démontré que la coercition est spécifiquement associée au fonctionnement du lobe temporal médian et aux interactions entre l’amygdale et l’insula, durant le conditionnement. Durant l’extinction, les niveaux d’anxiété étaient associés à des différences spécifiques d’activation du gyrus cingulaire antérieur (GCA) dorsal. Enfin, les pratiques parentales coercitives et l’anxiété interagissent et viennent moduler la connectivité fonctionnelle amygdale - GCA rostral, l’activation d’une sous-région du GCA dorsal et les réponses subjectives de peur. Ces résultats ajoutent une pièce au casse-tête des neurosciences développementales et fournissent des pistes intéressantes pour le développement d’interventions futures.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Efficient delivery of Cre-recombinase to neurons in vivo and stable transduction of neurons using adeno-associated and lentiviral vectors

BACKGROUND: Inactivating genes in vivo is an important technique for establishing their function in the adult nervous system. Unfortunately, conventional knockout mice may suffer from several limitations including embryonic or perinatal lethality and the compensatory regulation of other genes. One approach to producing conditional activation or inactivation of genes involves the use of Cre recombinase to remove loxP-flanked segments of DNA. We have studied the effects of delivering Cre to the hippocampus and neocortex of adult mice by injecting replication-deficient adeno-associated virus (AAV) and lentiviral (LV) vectors into discrete regions of the forebrain. RESULTS: Recombinant AAV-Cre, AAV-GFP (green fluorescent protein) and LV-Cre-EGFP (enhanced GFP) were made with the transgene controlled by the cytomegalovirus promoter. Infecting 293T cells in vitro with AAV-Cre and LV-Cre-EGFP resulted in transduction of most cells as shown by GFP fluorescence and Cre immunoreactivity. Injections of submicrolitre quantities of LV-Cre-EGFP and mixtures of AAV-Cre with AAV-GFP into the neocortex and hippocampus of adult Rosa26 reporter mice resulted in strong Cre and GFP expression in the dentate gyrus and moderate to strong labelling in specific regions of the hippocampus and in the neocortex, mainly in neurons. The pattern of expression of Cre and GFP obtained with AAV and LV vectors was very similar. X-gal staining showed that Cre-mediated recombination had occurred in neurons in the same regions of the brain, starting at 3 days post-injection. No obvious toxic effects of Cre expression were detected even after four weeks post-injection. CONCLUSION: AAV and LV vectors are capable of delivering Cre to neurons in discrete regions of the adult mouse brain and producing recombination

Investigation of multisensory processing and structural brain differences in Autism Spectrum Disorder

This thesis is an investigation of structural brain abnormalities, as well as multisensory and unisensory processing deficits in autistic traits and Autism Spectrum Disorder (ASD). To achieve this, structural and functional magnetic resonance imaging (fMRI) and psychophysical techniques were employed. ASD is a neurodevelopmental condition which is characterised by the social communication and interaction deficits, as well as repetitive patterns of behaviour, interests and activities. These traits are thought to be present in a typical population. The Autism Spectrum Quotient questionnaire (AQ) was developed to assess the prevalence of autistic traits in the general population. Von dem Hagen et al. (2011) revealed a link between AQ with white matter (WM) and grey matter (GM) volume (using voxel-based-morphometry). However, their findings revealed no difference in GM in areas associated with social cognition. Cortical thickness (CT) measurements are known to be a more direct measure of cortical morphology than GM volume. Therefore, Chapter 2 investigated the relationship between AQ scores and CT in the same sample of participants. This study showed that AQ scores correlated with CT in the left temporo-occipital junction, left posterior cingulate, right precentral gyrus and bilateral precentral sulcus, in a typical population. These areas were previously associated with structural and functional differences in ASD. Thus the findings suggest, to some extent, autistic traits are reflected in brain structure - in the general population. The ability to integrate auditory and visual information is crucial to everyday life, and results are mixed regarding how ASD influences audiovisual integration. To investigate this question, Chapter 3 examined the Temporal Integration Window (TIW), which indicates how precisely sight and sound need to be temporally aligned so that a unitary audiovisual event can be perceived. 26 adult males with ASD and 26 age and IQ-matched typically developed males were presented with flash-beep (BF), point-light drummer, and face-voice (FV) displays with varying degrees of asynchrony and asked to make Synchrony Judgements (SJ) and Temporal Order Judgements (TOJ). Analysis of the data included fitting Gaussian functions as well as using an Independent Channels Model (ICM) to fit the data (Garcia-Perez & Alcala-Quintana, 2012). Gaussian curve fitting for SJs showed that the ASD group had a wider TIW, but for TOJ no group effect was found. The ICM supported these results and model parameters indicated that the wider TIW for SJs in the ASD group was not due to sensory processing at the unisensory level, but rather due to decreased temporal resolution at a decisional level of combining sensory information. Furthermore, when performing TOJ, the ICM revealed a smaller Point of Subjective Simultaneity (PSS; closer to physical synchrony) in the ASD group than in the TD group. Finding that audiovisual temporal processing is different in ASD encouraged us to investigate the neural correlates of multisensory as well as unisensory processing using functional magnetic resonance imaging fMRI. Therefore, Chapter 4 investigated audiovisual, auditory and visual processing in ASD of simple BF displays and complex, social FV displays. During a block design experiment, we measured the BOLD signal when 13 adults with ASD and 13 typically developed (TD) age-sex- and IQ- matched adults were presented with audiovisual, audio and visual information of BF and FV displays. Our analyses revealed that processing of audiovisual as well as unisensory auditory and visual stimulus conditions in both the BF and FV displays was associated with reduced activation in ASD. Audiovisual, auditory and visual conditions of FV stimuli revealed reduced activation in ASD in regions of the frontal cortex, while BF stimuli revealed reduced activation the lingual gyri. The inferior parietal gyrus revealed an interaction between stimulus sensory condition of BF stimuli and group. Conjunction analyses revealed smaller regions of the superior temporal cortex (STC) in ASD to be audiovisual sensitive. Against our predictions, the STC did not reveal any activation differences, per se, between the two groups. However, a superior frontal area was shown to be sensitive to audiovisual face-voice stimuli in the TD group, but not in the ASD group. Overall this study indicated differences in brain activity for audiovisual, auditory and visual processing of social and non-social stimuli in individuals with ASD compared to TD individuals. These results contrast previous behavioural findings, suggesting different audiovisual integration, yet intact auditory and visual processing in ASD. Our behavioural findings revealed audiovisual temporal processing deficits in ASD during SJ tasks, therefore we investigated the neural correlates of SJ in ASD and TD controls. Similar to Chapter 4, we used fMRI in Chapter 5 to investigate audiovisual temporal processing in ASD in the same participants as recruited in Chapter 4. BOLD signals were measured while the ASD and TD participants were asked to make SJ on audiovisual displays of different levels of asynchrony: the participants’ PSS, audio leading visual information (audio first), visual leading audio information (visual first). Whereas no effect of group was found with BF displays, increased putamen activation was observed in ASD participants compared to TD participants when making SJs on FV displays. Investigating SJ on audiovisual displays in the bilateral superior temporal gyrus (STG), an area involved in audiovisual integration (see Chapter 4), we found no group differences or interaction between group and levels of audiovisual asynchrony. The investigation of different levels of asynchrony revealed a complex pattern of results indicating a network of areas more involved in processing PSS than audio first and visual first, as well as areas responding differently to audio first compared to video first. These activation differences between audio first and video first in different brain areas are constant with the view that audio leading and visual leading stimuli are processed differently.

Using otolith morphometric and morphology characteristics to identify carangids species in the Persian Gulf and Oman Sea

In a survey on 524 specimens from 18 different species belonging to the Carangidae family collected from The Persian Gulf, otolithes (Sagittae) are extracted from under gills region. After washing, their morphometric parameters measured. These parameters are otolith length, width, weight and length of antirostrum, width and length of rostrum, width in right and left sagittae. In addition to the otolith outline, mode position and mode opening of the Sulcus acusticus was examined. Data indicate correlation between most of the parameters (P<0.05). This shows correlation between total length and weight of fish, otolith length and weight of otolith in most of specimens. There was correlation in most species between otolith length and total length of studies fishes, otolith weight and weight of fish, otolith weight and total length, otolith length and weight of fish, length of right and left otolith. Otolith had very diveres outline types (fusiform, sagitiform, lanceolated, iregular). There were most of variety about status dentates in dorsal margin and ventral margin of the otolith. As result of this analysis it is possible to identify species from the Carangidae family by the otolith characters.

Imaging of thoracic aortic injury

International audience

Investigação do papel modulador do Haloperidol sobre os níveis de proteínas relacionadas à plasticidade e preferência por objetos novos em camudongos

Dopamine (DA) is known to regulate both sleep and memory formations, while sleep plays a critical role in the consolidation of different types of memories. We believe that pharmacological manipulation of dopaminergic pathways might disrupt the sleep-wake cycle, leading to mnemonic deficits, which can be observed in both behavioral and molecular levels. Therefore, here we investigated how systemic injections of haloperidol (0.3 mg/kg), immediately after training in dark and light periods, affects learning assessed in the novel object preference test (NOPT) in mice. We also investigated the hippocampal levels of the plasticity-related proteins Zif-268, brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and phosphorylated Ca2+/calmodulin-dependent protein kinases II (CaMKII-P) in non-exposed (naïve), vehicle-injected controls and haloperidol-treated mice at 3, 6 and 12 hours after training in the light period. Haloperidol administration during the light period led to a subsequent impairment in the NOPT. In contrast, preference was not observed during the dark period neither in mice injected with haloperidol, nor in vehicle-injected animals. A partial increase of CaMKII-P in the hippocampal field CA3 of vehicle-injected mice was detected at 3h. Haloperidol-treated mice showed a significant decrease in the dentate gyrus of CaMKII-P levels at 3, 6 and 12h; of Zif-268 levels at 6h, and of BDNF levels at 12h after training. Since the mnemonic effects of haloperidol were only observed in the light period when animals tend to sleep, we suggest that these effects are related to REM sleep disruption after haloperidol injection

Pratiques parentales coercitives, anxiété et traitement de la peur chez les jeunes en bonne santé: corrélats neuronaux, biologiques, physiologiques et comportementaux

L’adversité tôt dans la vie est associée au développement de symptômes anxieux pouvant perdurer jusqu’à l’âge adulte (Casey et el, 2010, Pine 2003). Des études chez l’adulte suggèrent que ces liens pourraient être associés à des altérations du « circuit de la peur » qui inclut l’amygdale, l’hippocampe antérieur, l’insula et le cortex préfrontal (Marek, 2013, Etkin & Wager, 2007). Ceci a cependant peu été étudié chez les jeunes. L’objectif principal de cette thèse était de définir les corrélats comportementaux, physiologiques, biologiques et neuronaux du traitement de la peur chez les jeunes en bonne santé, en lien ou non avec un historique d’adversité -- sous la forme de pratiques parentales coercitives -- et d’anxiété. D’abord, puisque nous nous intéressions aux pratiques parentales coercitives chroniques, nous avons examiné leur évolution et facteurs de risque, en nous concentrant sur la période de 17 à 72 mois. Un total de 2045 dyades mère-enfant ont été incluses dans une analyse de courbe de croissance latente. Nous avons démontré que la coercition maternelle suit une évolution non linéaire durant cette période et atteint un sommet à 42 mois. Les facteurs de risque relatifs à l’enfant et à la mère, mesurés à 17 mois, permettent de prédire les niveaux de coercition à 42 mois. Finalement, les prédicteurs relatifs à l’enfant et l’efficacité maternelle prédisent l’évolution des pratiques parentales coercitives entre 17 et 72 mois. Ensuite, afin de définir une méthodologie solide pour étudier le traitement de la peur chez des jeunes, nous avons adapté une tâche développée par Lau et ses collaborateurs (2008), employant des visages féminins comme stimuli. Le sexe des participants et des visages employés comme stimuli pouvant potentiellement moduler le traitement de la peur (Kret & de Gelder, 2012; McClure, 2000), nous avons étudié leurs influences respectives sur les réponses électrodermales et subjectives de peur durant le conditionnement et l’extinction de la peur chez 117 jeunes. Nous avons démontré que les stimuli féminins suscitent des réponses davantage comparables entre les garçons et les filles que les stimuli masculins. De plus, nous avons observé un effet du « même sexe », caractérisé par un conditionnement différentiel uniquement face aux stimuli du même sexe que le participant. Finalement, nous avons exploré les différences individuelles et conjointes associées aux différents niveaux de pratiques parentales coercitives et d’anxiété en termes de réponses de peur et d’activité cérébrale, durant le conditionnement et l’extinction de la peur chez 84 jeunes. Nous avons démontré que la coercition est spécifiquement associée au fonctionnement du lobe temporal médian et aux interactions entre l’amygdale et l’insula, durant le conditionnement. Durant l’extinction, les niveaux d’anxiété étaient associés à des différences spécifiques d’activation du gyrus cingulaire antérieur (GCA) dorsal. Enfin, les pratiques parentales coercitives et l’anxiété interagissent et viennent moduler la connectivité fonctionnelle amygdale - GCA rostral, l’activation d’une sous-région du GCA dorsal et les réponses subjectives de peur. Ces résultats ajoutent une pièce au casse-tête des neurosciences développementales et fournissent des pistes intéressantes pour le développement d’interventions futures.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Behavioral and neuroimaging research of reading: A case of Japanese

Behavioral studies showed that AS, an English-Japanese bilingual was a skilled reader in Japanese but was a phonological dyslexic in English. This behavioral dissociation was accounted for by the Hypothesis of Transparency and Granularity postulated by Wydell & Butterworth. However, a neuroimaging study using MEG (magnetoencephalography) revealed that AS has the same functional deficit in the left superior temporal gyrus (STG). This paper therefore offers an answer to this intriguing discrepancy between the behavioral dissociation and the neural unity in AS by reviewing existing behavioral and neuroimaging studies in alphabetic languages such as English, Finnish, French, and Italian, and nonalphabetic languages such as Japanese and Chinese.

Characterization of the behavioural phenotype of calpain-knockout mice

Dissertação de Mestrado, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2016