Effects of anesthesia on functional activation of cerebral blood flow and metabolism

Functional brain mapping based on changes in local cerebral blood flow (lCBF) or glucose utilization (lCMRglc) induced by functional activation is generally carried out in animals under anesthesia, usually α-chloralose because of its lesser effects on cardiovascular, respiratory, and reflex functions. Results of studies on the role of nitric oxide (NO) in the mechanism of functional activation of lCBF have differed in unanesthetized and anesthetized animals. NO synthase inhibition markedly attenuates or eliminates the lCBF responses in anesthetized animals but not in unanesthetized animals. The present study examines in conscious rats and rats anesthetized with α-chloralose the effects of vibrissal stimulation on lCMRglc and lCBF in the whisker-to-barrel cortex pathway and on the effects of NO synthase inhibition with NG-nitro-l-arginine methyl ester (l-NAME) on the magnitude of the responses. Anesthesia markedly reduced the lCBF and lCMRglc responses in the ventral posteromedial thalamic nucleus and barrel cortex but not in the spinal and principal trigeminal nuclei. l-NAME did not alter the lCBF responses in any of the structures of the pathway in the unanesthetized rats and also not in the trigeminal nuclei of the anesthetized rats. In the thalamus and sensory cortex of the anesthetized rats, where the lCBF responses to stimulation had already been drastically diminished by the anesthesia, l-NAME treatment resulted in loss of statistically significant activation of lCBF by vibrissal stimulation. These results indicate that NO does not mediate functional activation of lCBF under physiological conditions.

Involvement of specific macrophage-lineage cells surrounding arterioles in barrier and scavenger function in brain cortex.

The transport of solutes between blood and brain is regulated by a specific barrier. Capillary endothelial cells of brain are known to mediate barrier function and facilitate transport. Here we report that specific cells surrounding arterioles, known as Mato's fluorescent granular perithelial (FGP) cells or perivascular microglial cells, contribute to the barrier function. Immunohistochemical and in situ hybridization studies indicate that, in normal brain cortex, type I and type II macrophage scavenger receptors are expressed only in FGP/perivascular microglial cells, and surface markers of macrophage lineage are also detected on them. These cells mediate the uptake of macromolecules, including modified low density lipoprotein, horseradish peroxidase, and ferritin injected either into the blood or into the cerebral ventricles. Accumulation of scavenged materials with aging or after the administration of a high-fat diet results in the formation of honeycomb-like foam cells and the narrowing of the lumen of arterioles in the brain cortex. These results indicate involvement of FGP/perivascular microglial cells in the barrier and scavenger functions in the central nervous system.

Activity of primate inferotemporal neurons related to a sought target in pair-association task.

Visual long-term memory in primates has been assessed by using the pair-association (PA) task, in which a subject retrieves and chooses the paired associate of a cue picture. Our previous studies on single neurons in the anterior inferotemporal (AIT) cortex suggested their roles in representing paired associates in the mind. To test the possibility that the delay activity of AIT neurons is related to a particular picture as a sought target, we devised the PA with color switch (PACS) task. In the PACS task, the necessity for memory retrieval and its initiation time were controlled by a color switch in the middle of the delay period. A control task, in which there is no color switch, corresponds to the conventional delayed matching-to-sample (DMS) task where the monkey chooses the same picture as a cue. We found that AIT neurons started to respond just after the color switch in the PACS task, when the cue-optimal picture's associate was presented as a cue. In contrast, they showed no response change in the DMS task. We confirmed that this effect is not due to the visual response to colors. Furthermore, when the cue-optimal picture was presented as a cue, these neurons showed suppression after the color switch in the PACS task. These results suggest that the activity of AIT neurons mediates gating mechanisms that preferentially pass information about a sought target, even when the sought target is retrieved from long-term memory.

Discovery of adrenomedullin in rat ischemic cortex and evidence for its role in exacerbating focal brain ischemic damage.

Focal brain ischemia is the most common event leading to stroke in humans. To understand the molecular mechanisms associated with brain ischemia, we applied the technique of mRNA differential display and isolated a gene that encodes a recently discovered peptide, adrenomedullin (AM), which is a member of the calcitonin gene-related peptide (CGRP) family. Using the rat focal stroke model of middle cerebral artery occlusion (MCAO), we determined that AM mRNA expression was significantly increased in the ischemic cortex up to 17.4-fold at 3 h post-MCAO (P < 0.05) and 21.7-fold at 6 h post-MCAO (P < 0.05) and remained elevated for up to 15 days (9.6-fold increase; P < 0.05). Immunohistochemical studies localized AM to ischemic neuronal processes, and radioligand (125I-labeled CGRP) displacement revealed high-affinity (IC50 = 80.3 nmol) binding of AM to CGRP receptors in brain cortex. The cerebrovascular function of AM was studied using synthetic AM microinjected onto rat pial vessels using a cranial window or applied to canine basilar arteries in vitro. AM, applied abluminally, produced dose-dependent relaxation of preconstricted pial vessels (P < 0.05). Intracerebroventricular (but not systemic) AM administration at a high dose (8 nmol), prior to and after MCAO, increased the degree of focal ischemic injury (P < 0.05). The ischemia-induced expression of both AM mRNA and peptide in ischemic cortical neurons, the demonstration of the direct vasodilating effects of the peptide on cerebral vessels, and the ability of AM to exacerbate ischemic brain damage suggests that AM plays a significant role in focal ischemic brain injury.

Functional anatomy of human eyeblink conditioning determined with regional cerebral glucose metabolism and positron-emission tomography.

Relative cerebral glucose metabolism was examined with positron-emission tomography (PET) as a measure of neuronal activation during performance of the classically conditioned eyeblink response in 12 young adult subjects. Each subject received three sessions: (i) a control session with PET scan in which unpaired presentations of the tone conditioned stimulus and corneal airpuff unconditioned stimulus were administered, (ii) a paired training session to allow associative learning to occur, and (iii) a paired test session with PET scan. Brain regions exhibiting learning-related activation were identified as those areas that showed significant differences in glucose metabolism between the unpaired control condition and well-trained state in the 9 subjects who met the learning criterion. Areas showing significant activation included bilateral sites in the inferior cerebellar cortex/deep nuclei, anterior cerebellar vermis, contralateral cerebellar cortex and pontine tegmentum, ipsilateral inferior thalamus/red nucleus, ipsilateral hippocampal formation, ipsilateral lateral temporal cortex, and bilateral ventral striatum. Among all subjects, including those who did not meet the learning criterion, metabolic changes in ipsilateral cerebellar nuclei, bilateral cerebellar cortex, anterior vermis, contralateral pontine tegmentum, ipsilateral hippocampal formation, and bilateral striatum correlated with degree of learning. The localization to cerebellum and its associated brainstem circuitry is consistent with neurobiological studies in the rabbit model of eyeblink classical conditioning and neuropsychological studies in brain-damaged humans. In addition, these data support a role for the hippocampus in conditioning and suggest that the ventral striatum may also be involved.

Functional activation of the human ventrolateral frontal cortex during mnemonic retrieval of verbal information.

Regional cerebral blood flow was measured with positron emission tomography during the performance of a verbal free recall task, a verbal paired associate task, and tasks that required the production of verbal responses either by speaking or writing. Examination of the differences in regional cerebral blood flow between these conditions demonstrated that the left ventrolateral frontal cortical area 45 is involved in the recall of verbal information from long-term memory, in addition to its contribution to speech. The act of writing activated a network of areas involving posterior parietal cortex and sensorimotor areas but not ventrolateral frontal cortex.

Nitric oxide mediates the increase in local cerebral blood flow during focal seizures.

The role of nitric oxide (NO) in the increase in local cerebral blood flow (LCBF) elicited by focal cortical epileptic seizures was investigated in anesthetized adult rats. Seizures were induced by topical bicuculline methiodide applied through two cranial windows drilled over homotopic sites of the frontal cortex, and LCBF was measured by quantitative autoradiography by using 4-iodo[N-methyl-14C]antipyrine. Superfusion of an inhibitor of NO synthase, N omega-nitro-L-arginine (NA; 1 mM), for 45 min abolished the increase of LCBF induced by topical bicuculline methiodide (10 mM) [164 +/- 18 ml/100 g per min in the artificial cerebrospinal fluid (aCSF)-superfused side and 104 +/- 12 ml/100 g per ml in the NA-superfused side; P < 0.005]. This effect was reversed by coapplication of an excess of L-arginine substrate (10 mM) (218 +/- 22 ml/100 g per min in the aCSF-superfused side and 183 +/- 31 ml/100 g per min in the NA + L-Arg-superfused side) but not by 10 mM D-arginine, a stereoisomer with poor affinity for NO synthase (193 +/- 17 ml/100 g per min in the aCSF-superfused side and 139 +/- 21 ml/100 g per min in the NA + D-Arg-superfused side; P < 0.005). Superfusion of the guanylyl cyclase inhibitor methylene blue attenuated the LCBF increase elicited by topical bicuculline methiodide by 25% +/- 16% (P < 0.05). The present findings suggest that NO is the mediator of the vasodilation in response to focal epileptic seizures.

Characterization of subtype-specific antibodies to the human D5 dopamine receptor: studies in primate brain and transfected mammalian cells.

To achieve a better understanding of how D5 dopamine receptors mediate the actions of dopamine in brain, we have developed antibodies specific for the D5 receptor. D5 antibodies reacted with recombinant baculovirus-infected Sf9 cells expressing the D5 receptor but not with the D1 receptor or a variety of other catecholaminergic and muscarinic receptors. Epitope-tagged D5 receptors expressed in mammalian cells were reactive with both D5 antibodies and an epitope-specific probe. A mixture of N-linked glycosylated polypeptides and higher molecular-mass species was detected on immunoblots of membrane fractions of D5-transfected cells and also of primate brain. D5 receptor antibodies intensely labeled pyramidal neurons in the prefrontal cortex, whereas spiny medium-sized neurons and aspiny large interneurons of the caudate nucleus were relatively lightly labeled. Antibodies to the D5 dopamine receptor should prove important in experimentally determining specific roles for the D5 and D1 receptors in cortical processes and diseases.

Pleasant sweeping grooming touch in rhesus monkey: effects on autonomic nervous system and its codification in posterior insular and secondary somatosensory cortex

Il tatto assume un'importanza fondamentale nella vita quotidiana, in quanto ci permette di discriminare le caratteristiche fisiche di un oggetto specifico, di identificarlo e di eventualmente integrare le suddette informazioni tattili con informazioni provenienti da altri canali sensoriali. Questa è la componente sensoriale-discriminativa del tatto. Tuttavia quotidianamente il tatto assume un ruolo fondamentale durante le diverse interazioni sociali, positive, come quando abbracciamo o accarezziamo una persona con cui abbiamo un rapporto affettivo e negative, per esempio quando allontaniamo una persona estranea dal nostro spazio peri-personale. Questa componente è la cosiddetta dimensione affettiva-motivazionale, la quale determina la codifica della valenza emotiva che l'interazione assume. Questa componente ci permette di creare, mantenere o distruggere i legami sociali in relazione al significato che il tocco assume durante l'interazione. Se per esempio riceviamo una carezza da un familiare, questa verrà percepita come piacevole e assumerà un significato affiliativo. Questo tipo di tocco è comunente definito come Tocco Sociale (Social Touch). Gli aspetti discriminativi del tatto sono stati ben caratterizzati, in quanto storicamente, il ruolo del tatto è stato considerato quello di discriminare le caratteristiche di ciò che viene toccato, mentre gli aspetti affettivi sono stati solo recentemente indagati considerando la loro importanza nelle interazioni sociali. Il tocco statico responsabile dell'aspetto discriminante attiva a livello della pelle le grandi fibre mieliniche (Aβ), modulando a livello del sistema nervoso centrale le cortecce sensoriali, sia primarie che secondarie. Questo permette la codifica a livello del sistema nervoso centrale delle caratteristiche fisiche oggettive degli oggetti toccati. Studi riguardanti le caratteristiche del tocco affiliativo sociale hanno messo in evidenza che suddetta stimolazione tattile 1) è un particolare tocco dinamico che avviene sul lato peloso delle pelle con una velocità di 1-10 cm/sec; 2) attiva le fibre amieliniche (fibre CT o C-LTMRs); 3) induce positivi effetti autonomici, ad esempio la diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca; e 4) determina la modulazione di regioni cerebrali coinvolte nella codifica del significato affiliativo dello stimolo sensoriale periferico, in particolare la corteccia insulare. Il senso del tatto, con le sue due dimensioni discriminativa e affiliativa, è quotidianamente usato non solo negli esseri umani, ma anche tra i primati non umani. Infatti, tutti i primati non umani utilizzano la componente discriminativa del tatto per identificare gli oggetti e il cibo e l'aspetto emotivo durante le interazioni sociali, sia negative come durante un combattimento, che positive, come durante i comportamenti affiliativi tra cui il grooming. I meccanismi di codifica della componente discriminativa dei primati non umani sono simili a quelli umani. Tuttavia, si conosce ben poco dei meccanismi alla base della codifica del tocco piacevole affiliativo. Pur essendo ben noto che i meccanorecettori amilienici C-LTMRs sono presenti anche sul lato peloso della pelle dei primati non umani, attualmente non ci sono studi riguardanti la correlazione tra il tocco piacevole e la loro modulazione, come invece è stato ampiamente dimostrato nell'uomo. Recentemente è stato ipotizzato (Dunbar, 2010) il ruolo delle fibre C-LTMRs durante il grooming, in particolare durante il cosiddetto swepping. Il grooming è costituito da due azioni motorie, lo sweeping e il picking che vengono eseguite in modo ritmico. Durante lo sweeping la scimmia agente muove il pelo della scimmia ricevente con un movimento a mano aperta, per poter vedere il preciso punto della pelle dove eseguire il picking, ovvero dove prendere la pelle a livello della radice del pelo con le unghie dell'indice e del pollice e tirare per rimuovere parassiti o uova di parassiti e ciò che è rimasto incastrato nel pelo. Oltre il noto ruolo igenico, il grooming sembra avere anche una importante funzione sociale affiliativa. Come la carezza nella società umana, cosi il grooming tra i primati non umani è considerato un comportamento. Secondo l'ipotesi di Dunbar l'attivazione delle C-LTMRs avverrebbe durante lo sweeping e questo porta a supporre che lo sweeping, come la carezza umana, costituisca una componente affiliativa del grooming, determinando quindi a contribuire alla sua codifica come comportamento sociale. Fino ad ora non vi è però alcuna prova diretta a sostegno di questa ipotesi. In particolare, 1) la velocità cui viene eseguito lo sweeping è compatibile con la velocità di attivazione delle fibre CT nell'uomo e quindi con la velocità tipica della carezza piacevole di carattere sociale affiliativo (1-10 cm/sec)?; 2) lo sweeping induce la stessa modulazione del sistema nervoso autonomo in direzione della modulazione del sistema vagale, come il tocco piacevole nell'uomo, attraverso l'attivazione delle fibre CT?; 3) lo sweeping modula la corteccia insulare, cosi come il tocco piacevole viene codificato come affiliativo nell'uomo mediante le proiezioni delle fibre CT a livello dell'insula posteriore? Lo scopo del presente lavoro è quella di testare l'ipotesi di Dunbar sopra citata, cercando quindi di rispondere alle suddette domande. Le risposte potrebbero consentire di ipotizzare la somiglianza tra lo sweeping, caratteristico del comportamento affiliativo di grooming tra i primati non umani e la carezza. In particolare, abbiamo eseguito 4 studi pilota. Nello Studio 1 abbiamo valutato la velocità con cui viene eseguito lo sweeping tra scimmie Rhesus, mediante una analisi cinematica di video registrati tra un gruppo di scimmie Rhesus. Negli Studi 2 e 3 abbiamo valutato gli effetti sul sistema nervoso autonomo dello sweeping eseguito dallo sperimentatore su una scimmia Rhesus di sesso maschile in una tipica situazione sperimentale. La stimolazione tattile è stata eseguita a diverse velocità, in accordo con i risultati dello Studio 1 e degli studi umani che hanno dimostrato la velocità ottimale e non ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs. In particolare, nello Studio 2 abbiamo misurato la frequenza cardiaca e la variabilità di questa, come indice della modulatione vagale, mentre nello Studio 3 abbiamo valutato gli effetti dello sweeping sul sistema nervoso autonomo in termini di variazioni di temperatura del corpo, nello specifico a livello del muso della scimmia. Infine, nello Studio 4 abbiamo studiato il ruolo della corteccia somatosensoriale secondaria e insulare nella codifica dello sweeping. A questo scopo abbiamo eseguito registrazioni di singoli neuroni mentre la medesima scimmia soggetto sperimentale dello Studio 2 e 3, riceveva lo sweeping a due velocità, una ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs secondo gli studi umani e i risultati dei tre studi sopra citati, ed una non ottimale. I dati preliminari ottenuti, dimostrano che 1) (Studio 1) lo sweeping tra scimmie Rhesus viene eseguito con una velocità media di 9.31 cm/sec, all'interno dell'intervallo di attivazione delle fibre CT nell'uomo; 2) (Studio 2) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina una diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca se eseguito alla velocità di 5 e 10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 1 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina l'aumento della frequenza cardiaca e la diminuzione della variabilità di questa, quindi il decremento dell'attivazione del sistema nervoso parasimpatico; 3) (Studio 3) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina l'aumento della temperatura corporea a livello del muso della scimmia se eseguito alla velocità di 5-10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 5 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina la diminuzione della temperatura del muso; 4) (Studio 4) la corteccia somatosensoriale secondaria e la corteccia insulare posteriore presentano neuroni selettivamente modulati durante lo sweeping eseguito ad una velocità di 5-13 cm/sec ma non neuroni selettivi per la codifica della velocità dello sweeping minore di 5 cm/sec. Questi risultati supportano l'ipotesi di Dunbar relativa al coinvolgimento delle fibre CT durante lo sweeping. Infatti i dati mettono in luce che lo sweeping viene eseguito con una velocità (9.31 cm/sec), simile a quella di attivazione delle fibre CT nell'uomo (1-10 cm/sec), determina gli stessi effetti fisiologici positivi in termini di frequenza cardiaca (diminuzione) e variabilità della frequenza cardiaca (incremento) e la modulazione delle medesime aree a livello del sistema nervoso centrale (in particolare la corteccia insulare). Inoltre, abbiamo dimostrato per la prima volta che suddetta stimolazione tattile determina l'aumento della temperatura del muso della scimmia. Il presente studio rappresenta la prima prova indiretta dell'ipotesi relativa alla modulazione del sistema delle fibre C-LTMRs durante lo sweeping e quindi della codifica della stimolazione tattile piacevole affiliativa a livello del sistema nervoso centrale ed autonomo, nei primati non umani. I dati preliminari qui presentati evidenziano la somiglianza tra il sistema delle fibre CT dell'uomo e del sistema C-LTMRs nei primati non umano, riguardanti il Social Touch. Nonostante ciò abbiamo riscontrato alcune discrepanze tra i risultati da noi ottenuti e quelli invece ottenuti dagli studi umani. La velocità media dello sweeping è di 9.31 cm / sec, rasente il limite superiore dell’intervallo di velocità che attiva le fibre CT nell'uomo. Inoltre, gli effetti autonomici positivi, in termini di battito cardiaco, variabilità della frequenza cardiaca e temperatura a livello del muso, sono stati evidenziati durante lo sweeping eseguito con una velocità di 5 e 10 cm/sec, quindi al limite superiore dell’intervallo ottimale che attiva le fibre CT nell’uomo. Al contrario, lo sweeping eseguito con una velocità inferiore a 5 cm/sec e superiore a 10 cm/sec determina effetti fisiologici negativo. Infine, la corteccia insula sembra essere selettivamente modulata dallo stimolazione eseguita alla velocità di 5-13 cm/sec, ma non 1-5 cm/sec. Quindi, gli studi sul sistema delle fibre CT nell’uomo hanno dimostrato che la velocità ottimale è 1-10 cm/sec, mentre dai nostri risultati la velocità ottimale sembra essere 5-13 cm / sec. Quindi, nonostante l'omologia tra il sistema delle fibre CT nell'umano deputato alla codifica del tocco piacevole affiliativo ed il sistema delle fibre C-LTMRs nei primati non umani, ulteriori studi saranno necessari per definire con maggiore precisione la velocità ottimale di attivazione delle fibre C-LTMR e per dimostrare direttamente la loro attivazione durante lo sweeping, mediante la misurazione diretta della loro modulazione. Studi in questa direzione potranno confermare l'omologia tra lo sweeping in qualità di tocco affiliativo piacevole tra i primati non umani e la carezza tra gli uomini. Infine, il presente studio potrebbe essere un importante punto di partenza per esplorare il meccanismo evolutivo dietro la trasformazione dello sweeping tra primati non umani, azione utilitaria eseguita durante il grooming, a carezza, gesto puramente affiliativo tra gli uomini.

Bi-sensory, striped representations: comparative insights from owl and platypus

Bi-sensory striped arrays are described in owl and platypus that share some similarities with the other variant of bi-sensory striped array found in primate and carnivore striate cortex: ocular dominance columns. Like ocular dominance columns, the owl and platypus striped systems each involve two different topographic arrays that are cut into parallel stripes, and interdigitated, so that higher-order neurons can integrate across both arrays. Unlike ocular dominance stripes, which have a separate array for each eye, the striped array in the middle third of the owl tectum has a separate array for each cerebral hemisphere. Binocular neurons send outputs from both hemispheres to the striped array where they are segregated into parallel stripes according to hemisphere of origin. In platypus primary somatosensory cortex (SI), the two arrays of interdigitated stripes are derived from separate sensory systems in the bill, 40,000 electroreceptors and 60,000 mechanoreceptors. The stripes in platypus SI cortex produce bimodal electrosensory-mechanosensory neurons with specificity for the time-of-arrival difference between the two systems. This thunder-and-lightning system would allow the platypus to estimate the distance of the prey using time disparities generated at the bill between the earlier electrical wave and the later mechanical wave caused by the motion of benthic prey. The functional significance of parallel, striped arrays is not clear, even for the highly-studied ocular dominance system, but a general strategy is proposed here that is based on the detection of temporal disparities between the two arrays that can be used to estimate distance. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Pyramidal cell specialization in the occipitotemporal cortex of the vervet monkey

Pyramidal cells were injected intracellularly in fixed, flat-mounted cortical slices taken from the first and fourth visual areas (VI and V4, respectively) and cytoarchitectonic areas TEO and TE of two age and gender-matched vervet monkeys and the size, branching complexity and spine density of their basal dendritic trees determined. In both animals, we found marked differences in the pyramidal cell phenotype between cortical areas. More specifically, a consistent trend for larger, more branched and more spinous pyramidal cells with progression through VI, V4, TEO and TE was observed. These findings support earlier reports of interareal specialization in pyramidal cell structure in occipitotemporal visual areas in the macaque monkey. (c) 2005 Lippincott Williams & Wilkins.

Regional specialization in pyramidal cell structure in the limbic cortex of the vervet monkey (Cercopithecus pygerythrus): an intracellular injection study of the anterior and posterior cingulate gyrus

The pyramidal cell phenotype varies quite dramatically in structure among different cortical areas in the primate brain. Comparative studies in visual cortex, in particular, but also in sensorimotor and prefrontal cortex, reveal systematic trends for pyramidal cell specialization in functionally related cortical areas. Moreover, there are systematic differences in the extent of these trends between different primate species. Recently we demonstrated differences in pyramidal cell structure in the cingulate cortex of the macaque monkey; however, in the absence of other comparative data it remains unknown as to whether the neuronal phenotype differs in cingulate cortex between species. Here we extend the basis for comparison by studying the structure of the basal dendritic trees of layer III pyramidal cells in the posterior and anterior cingulate gyrus of the vervet monkey (Brodmann's areas 23 and 24, respectively). Cells were injected with Lucifer Yellow in flat-mounted cortical slices, and processed for a light-stable DAB reaction product. Size, branching pattern, and spine density of basal dendritic arbors were determined, and somal areas measured. As in the macaque monkey, we found that pyramidal cells in anterior cingulate gyrus (area 24) were more branched and more spinous than those in posterior cingulate gyrus (area 23). In addition, the extent of the difference in pyramidal cell structure between these two cortical regions was less in the vervet monkey than in the macaque monkey.

Intrauterine growth restriction due to uteroplacental vascular insufficiency leads to increased hypoxia-induced cerebral apoptosis in newborn piglets

Uteroplacental vascular insufficiency in humans is a common cause of intrauterine growth restriction (IUGR) and is associated with an increased incidence of perinatal asphyxia and neurodevelopmental disorders compared to normal weight newborns. Experimental models that provide an opportunity to analyze the pathogenesis of these relationships are limited. Here, we used neonatal pigs from large litters in which there were piglets of normal birth weight (for controls) and of low birth weight (for uteroplacental vascular insufficiency). Hypoxia was induced in paired littermates by reducing the fraction of inspired oxygen to 4% for 25 min. Brain tissue was collected 4 h post-hypoxia. Cerebral levels of apoptosis were quantified morphologically and verified with caspase-3 activity and TUNEL. Expression of Bcl-2, BcI-XL and Bax proteins was investigated using immunohistochemistry. Cellular positivity for Bcl-2 was consistently higher in the non-apoptotic white matter of the hypoxic IUGR animals compared with their littermates and reached significance at P < 0.05 in several pairs of littermates. Alterations in Bax showed a trend towards higher expression in the hypoxic IUGR littermates but rarely reached significance. The IUGR piglets showed a significantly greater amount of apoptosis in response to the hypoxia than the normal weight piglets, suggesting an increased vulnerability to apoptosis in the IUGR piglets. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Gene expression in human alcoholism: Microarray analysis of frontal cortex

Background: Changes in brain gene expression are thought to be responsible for the tolerance, dependence, and neurotoxicity produced by chronic alcohol abuse, but there has been no large scale study of gene expression in human alcoholism. Methods: RNA was extracted from postmortem samples of superior frontal cortex of alcoholics and nonalcoholics. Relative levels of RNA were determined by array techniques. We used both cDNA and oligonucleotide microarrays to provide coverage of a large number of genes and to allow cross-validation for those genes represented on both types of arrays. Results: Expression levels were determined for over 4000 genes and 163 of these were found to differ by 40% or more between alcoholics and nonalcoholics. Analysis of these changes revealed a selective reprogramming of gene expression in this brain region, particularly for myelin-related genes which were downregulated in the alcoholic samples. In addition, cell cycle genes and several neuronal genes were changed in expression. Conclusions: These gene expression changes suggest a mechanism for the loss of cerebral white matter in alcoholics as well as alterations that may lead to the neurotoxic actions of ethanol.

Clustering of cerebral cortical lesions in patients with corticobasal degeneration

Clustering of ballooned neurons (BN) and tau positive neurons with inclusion bodies (tau+ neurons) was studied in the upper and lower laminae of the frontal, parietal and temporal cortex in 12 patients with corticobasal degeneration (CBD). In a significant proportion of brain areas examined, BN and tau+ neurons exhibited clustering with a regular distribution of clusters parallel to the pia mater. A regular pattern of clustering of BN and tau+ neurons was observed equally frequently in all cortical areas examined and in the upper and lower laminae. No significant correlations were observed between the cluster sizes of BN or tau+ neurons in the upper compared with the lower cortex or between the cluster sizes of BN and tau+ neurons. The results suggest that BN and tau+ neurons in CBD exhibit the same type of spatial pattern as lesions in Alzheimer's disease, Lewy body dementia and Pick's disease. The regular periodicity of the cerebral cortical lesions is consistent with the degeneration of the cortico-cortical projections in CBD.