Expression des récepteurs EphA dans le raphé dorsal néonatal et adulte

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Distribution of marine fungi in the North Sea

The ecology of the lower marine fungi, namely the thraustochytrides, in the Fladen Ground area (FLEX box) and other parts of the North Sea was studied during 5 cruises in 1975 and 1976. The number of fungi/liter and the number of species showed seasonal fluctuations in the surface water samples from all the stations. A high number was found in September 1976 and a lower number in March 1976. These numbers, however, revealed no seasonal fluctuations in the underlying sediments. In both the surface waters and the sediments, a consistingly low number of fungi was recorded for certain stations and a high number of fungi for others, the reason for this beeing unknown. The sediments revealed a very high number of fungi/liter. Observations on the distribution of various species are presented. Certain species occured more frequently at some stations than at others; certain species occured more in the water column, e.g. Ulkenia minuta, and still others in the sediments, e.g. Thraustochytrium multirudimentale.

Robotic Outcome Assessment in a Non-Human Primate Model of Middle Cerebral Artery Stroke

Stroke is a prevalent disorder with immense socioeconomic impact. A variety of chronic neurological deficits result from stroke. In particular, sensorimotor deficits are a significant barrier to achieving post-stroke independence. Unfortunately, the majority of pre-clinical studies that show improved outcomes in animal stroke models have failed in clinical trials. Pre-clinical studies using non-human primate (NHP) stroke models prior to initiating human trials are a potential step to improving translation from animal studies to clinical trials. Robotic assessment tools represent a quantitative, reliable, and reproducible means to assess reaching behaviour following stroke in both humans and NHPs. We investigated the use of robotic technology to assess sensorimotor impairments in NHPs following middle cerebral artery occlusion (MCAO). Two cynomolgus macaques underwent transient MCAO for 90 minutes. Approximately 1.5 years following the procedure these NHPs and two non-stroke control monkeys were trained in a reaching task with both arms in the KINARM exoskeleton. This robot permits elbow and shoulder movements in the horizontal plane. The task required NHPs to make reaching movements from a centrally positioned start target to 1 of 8 peripheral targets uniformly distributed around the first target. We analyzed four movement parameters: reaction time, movement time (MT), initial direction error (IDE), and number of speed maxima to characterize sensorimotor deficiencies. We hypothesized reduced performance in these attributes during a neurobehavioural task with the paretic limb of NHPs following MCAO compared to controls. Reaching movements in the non-affected limbs of control and experimental NHPs showed bell-shaped velocity profiles. In contrast, the reaching movements with the affected limbs were highly variable. We found distinctive patterns in MT, IDE, and number of speed peaks between control and experimental monkeys and between limbs of NHPs with MCAO. NHPs with MCAO demonstrated more speed peaks, longer MTs, and greater IDE in their paretic limb compared to controls. These initial results qualitatively match human stroke subjects’ performance, suggesting that robotic neurobehavioural assessment in NHPs with stroke is feasible and could have translational relevance in subsequent human studies. Further studies will be necessary to replicate and expand on these preliminary findings.

Computational models for improved diagnosis and prognosis of stroke using robot-based biomarkers

Stroke is a leading cause of death and permanent disability worldwide, affecting millions of individuals. Traditional clinical scores for assessment of stroke-related impairments are inherently subjective and limited by inter-rater and intra-rater reliability, as well as floor and ceiling effects. In contrast, robotic technologies provide objective, highly repeatable tools for quantification of neurological impairments following stroke. KINARM is an exoskeleton robotic device that provides objective, reliable tools for assessment of sensorimotor, proprioceptive and cognitive brain function by means of a battery of behavioral tasks. As such, KINARM is particularly useful for assessment of neurological impairments following stroke. This thesis introduces a computational framework for assessment of neurological impairments using the data provided by KINARM. This is done by achieving two main objectives. First, to investigate how robotic measurements can be used to estimate current and future abilities to perform daily activities for subjects with stroke. We are able to predict clinical scores related to activities of daily living at present and future time points using a set of robotic biomarkers. The findings of this analysis provide a proof of principle that robotic evaluation can be an effective tool for clinical decision support and target-based rehabilitation therapy. The second main objective of this thesis is to address the emerging problem of long assessment time, which can potentially lead to fatigue when assessing subjects with stroke. To address this issue, we examine two time reduction strategies. The first strategy focuses on task selection, whereby KINARM tasks are arranged in a hierarchical structure so that an earlier task in the assessment procedure can be used to decide whether or not subsequent tasks should be performed. The second strategy focuses on time reduction on the longest two individual KINARM tasks. Both reduction strategies are shown to provide significant time savings, ranging from 30% to 90% using task selection and 50% using individual task reductions, thereby establishing a framework for reduction of assessment time on a broader set of KINARM tasks. All in all, findings of this thesis establish an improved platform for diagnosis and prognosis of stroke using robot-based biomarkers.

Counteractive effects of antenatal glucocorticoid treatment on D1 receptor modulation of spatial working memory

RATIONALE: Antenatal exposure to the glucocorticoid dexamethasone dramatically increases the number of mesencephalic dopaminergic neurons in rat offspring. However, the consequences of this expansion in midbrain dopamine (DA) neurons for behavioural processes in adulthood are poorly understood, including working memory that depends on DA transmission in the prefrontal cortex (PFC). OBJECTIVES: We therefore investigated the influence of antenatal glucocorticoid treatment (AGT) on the modulation of spatial working memory by a D1 receptor agonist and on D1 receptor binding and DA content in the PFC and striatum. METHODS: Pregnant rats received AGT on gestational days 16-19 by adding dexamethasone to their drinking water. Male offspring reared to adulthood were trained on a delayed alternation spatial working memory task and administered the partial D1 agonist SKF38393 (0.3-3 mg/kg) by systemic injection. In separate groups of control and AGT animals, D1 receptor binding and DA content were measured post-mortem in the PFC and striatum. RESULTS: SKF38393 impaired spatial working memory performance in control rats but had no effect in AGT rats. D1 binding was significantly reduced in the anterior cingulate cortex, prelimbic cortex, dorsal striatum and ventral pallidum of AGT rats compared with control animals. However, AGT had no significant effect on brain monoamine levels. CONCLUSIONS: These findings demonstrate that D1 receptors in corticostriatal circuitry down-regulate in response to AGT. This compensatory effect in D1 receptors may result from increased DA-ergic tone in AGT rats and underlie the resilience of these animals to the disruptive effects of D1 receptor activation on spatial working memory.

Metabolic signatures of Huntington's disease (HD): 1H NMR analysis of the polar metabolome in post mortem human brain

Huntington’s disease (HD) is an autosomal neurodegenerative disorder affecting approximately 5-10 persons per 100,000 worldwide. The pathophysiology of HD is not fully understood but the age of onset is known to be highly dependent on the number of CAG triplet repeats in the huntingtin gene. Using 1H NMR spectroscopy this study biochemically profiled 39 brain metabolites in post-mortem striatum (n=14) and frontal lobe (n=14) from HD sufferers and controls (n=28). Striatum metabolites were more perturbed with 15 significantly affected in HD cases, compared with only 4 in frontal lobe (P<0.05; q<0.3). The metabolite which changed most overall was urea which decreased 3.25-fold in striatum (P<0.01). Four metabolites were consistently affected in both brain regions. These included the neurotransmitter precursors tyrosine and L-phenylalanine which were significantly depleted by 1.55-1.58-fold and 1.48-1.54-fold in striatum and frontal lobe, respectively (P=0.02-0.03). They also included L-leucine which was reduced 1.54-1.69-fold (P=0.04-0.09) and myo-inositol which was increased 1.26-1.37-fold (P<0.01). Logistic regression analyses performed with MetaboAnalyst demonstrated that data obtained from striatum produced models which were profoundly more sensitive and specific than those produced from frontal lobe. The brain metabolite changes uncovered in this first 1H NMR investigation of human HD offer new insights into the disease pathophysiology. Further investigations of striatal metabolite disturbances are clearly warranted.

Facteurs de risque de développement de troubles intériorisés : études en Imagerie par Résonance Magnétique structurelle

Plusieurs facteurs de risque de développement de troubles intériorisés, tels que les troubles d’anxiété et de l’humeur, ont été identifiés dans la littérature. Les deux plus importants facteurs de risques regroupent l’adversité vécue durant l’enfance (par exemple la maltraitance) et le risque parental (c’est-à-dire la présence d’un trouble intériorisé chez l’un ou les deux parents). Ces facteurs de risque ont été liés à des changements neuroanatomiques similaires à ceux observés en lien avec les troubles intériorisés. Ainsi, en présence de ces facteurs de risque, des anomalies anatomiques pourraient laisser présager l’apparition prochaine d’une symptomatologie de troubles intériorisés chez des individus encore asymptomatiques. Chez les quelques populations de jeunes investiguées, les participants présentaient des comorbidités et/ou étaient sous médication, ce qui rend difficile l’interprétation des atteintes cérébrales observées. Ce travail de thèse s’est intéressé aux liens entre ces deux facteurs de risque et les substrats neuroanatomiques associés à chacun d’eux, chez des adolescents asymptomatiques et n’étant sous aucune médication. Une première étude a examiné le lien entre le niveau de pratiques parentales coercitives et le niveau de symptômes d’anxiété, mesurés de manière longitudinale depuis la naissance, et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 2). Une deuxième étude a examiné le lien entre le risque parental de développer des troubles d’anxiété et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 3). Une troisième étude s’est intéressée au lien entre le risque parental de développer un trouble de dépression ou un trouble bipolaire et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 4). Les résultats démontrent des différences de volume et/ou d’épaisseur corticale dans plusieurs structures clés impliquées dans le traitement et la régulation des émotions. C’est le cas du cortex préfrontal, de l’amygdale, de l’hippocampe et du striatum. Ces résultats suggèrent que certaines des différences neuroanatomiques observées dans les troubles intériorisés peuvent être présentes avant que le trouble ne se manifeste, et représenter des marqueurs neuronaux du risque de développer le trouble. Les implications théoriques et les limites de ces trois études sont finalement discutées dans le Chapitre 5.

Limiting glutamate transmission in a Vglut2-expressing subpopulation of the subthalamic nucleus is sufficient to cause hyperlocomotion

The subthalamic nucleus (STN) is a key area of the basal ganglia circuitry regulating movement. We identified a subpopulation of neurons within this structure that coexpresses Vglut2 and Pitx2, and by conditional targeting of this subpopulation we reduced Vglut2 expression levels in the STN by 40%, leaving Pitx2 expression intact. This reduction diminished, yet did not eliminate, glutamatergic transmission in the substantia nigra pars reticulata and entopeduncular nucleus, two major targets of the STN. The knock-out mice displayed hyperlocomotion and decreased latency in the initiation of movement while preserving normal gait and balance. Spatial cognition, social function, and level of impulsive choice also remained undisturbed. Furthermore, these mice showed reduced dopamine transporter binding and slower dopamine clearance in vivo, suggesting that Vglut2-expressing cells in the STN regulate dopaminergic transmission. Our results demonstrate that altering the contribution of a limited population within the STN is sufficient to achieve results similar to STN lesions and high-frequency stimulation, but with fewer side effects.

Proprioception in ankle sprain from exercises and bandages

Ankle sprains are the most common injuries in sports, usually causing damage to the lateral ligaments. Recurrence has as usual result permanent instability, and thus loss of proprioception. This fact, together with residual symptoms, is what is known as chronic ankle instability, CAI, or FAI, if it is functional. This problem tries to be solved by improving musculoskeletal stability and proprioception by the application of bandages and performing exercises. The aim of this study has been to review articles (meta-analisis, systematic reviews and revisions) published in 2009-2015 in PubMed, Medline, ENFISPO and BUCea, using keywords such as “sprain instability”, “sprain proprioception”, “chronic ankle instability”. Evidence affirms that there does exist decreased proprioception in patients who suffer from CAI. Rehabilitation exercise regimen is indicated as a treatment because it generates a subjective improvement reported by the patient, and the application of bandages works like a sprain prevention method limiting the range of motion, reducing joint instability and increasing confidence during exercise. As podiatrists we should recommend proprioception exercises to all athletes in a preventive way, and those with CAI or FAI, as a rehabilitation programme, together with the application of bandages. However, further studies should be generated focusing on ways of improving proprioception, and on the exercise patterns that provide the maximum benefit.

Étude des projections axonales sérotoninergiques dans un modèle murin de la maladie de Parkinson et des dyskinésies induites par la lévodopa

OBJECTIFS: La libération de dopamine par les afférences à sérotonine (5-HT) du striatum constitue un déterminant pré-synaptique important des dyskinésies induites par la L-Dopa (DILs), un effet délétère du traitement pharmacologique de la maladie de Parkinson. En effet, les axones 5-HT seraient en mesure de libérer de façon non-physiologique de la dopamine lorsque la L-Dopa est administrée au patient, contribuant ainsi à l’expression des DILs. Certaines afférences striatales 5-HT contiennent un transporteur vésiculaire du glutamate (VGluT3) et nous croyons que sa présence puisse avoir un effet synergique sur la libération de dopamine. L’objectif général de ce mémoire est donc d’évaluer la quantité de VGluT3 présent au sein des axones 5-HT et de mesurer son implication dans l’expression des DILs. MÉTHODES : Dix-huit souris C57/Bl6 ont été séparées en trois groupes expérimentaux. Douze souris ont reçu une injection intracérébrale de 6- hydroxydopamine (6-OHDA) dans le faisceau prosencéphalique médian afin de léser les afférences dopaminergiques du striatum. Six souris lésées ont reçu des injections systémiques de L-Dopa (12 jours, 1 fois/jour). Six autres souris ont reçu une injection intracérébrale du véhicule afin de servir de contrôle. La sévérité des mouvements involontaires anormaux induits par la L-Dopa (équivalent des dyskinésies) a été quantifiée selon une échelle reconnue. Un double marquage en immunofluorescence pour le transporteur membranaire de la 5-HT (SERT) et le VGluT3 a permis d’évaluer la densité des varicosités SERT+ et SERT+/VGluT3+ dans le striatum dorsal et de comparer ces données entre les trois groupes expérimentaux. RÉSULTATS: Chez les trois groupes de souris, un faible pourcentage des varicosités axonales 5-HT sont également VGluT3+. Ces varicosités doublement marquées sont souvent retrouvées sur une même branche axonale. Aucune différence significative n’a été observée entre les trois groupes expérimentaux en ce qui a trait à la proportion de varicosités SERT+ qui contiennent le VGluT3+. CONCLUSION: Nos données expérimentales ne nous permettent pas de conclure que la densité des varicosités axonales SERT+ ou SERT+/VGluT3+ au sein du striatum dorsal varie en fonction de la sévérité des mouvements involontaires anormaux induits par l’administration de L-Dopa.

Évaluation du contrôle sensorimoteur chez les patients ayant une scoliose idiopathique de l'adolescent - Vers un biomarqueur des troubles sensorimoteur basé sur la stimulation vestibulaire galvanique

La scoliose est la pathologie déformante du rachis la plus courante de l’adolescence. Dans 80 % des cas, elle est idiopathique, signifiant qu’aucune cause n’a été associée. Les scolioses idiopathiques répondent à un modèle multifactoriel incluant des facteurs génétiques, environnementaux, neurologiques, hormonaux, biomécaniques et de croissance squelettique. Comme hypothèse neurologique, une anomalie vestibulaire provoquerait une asymétrie d’activation des voies vestibulospinales et des muscles paravertébraux commandés par cette voie, engendrant la déformation scoliotique. Certains modèles animaux permettent de reproduire ce mécanisme. De plus, des anomalies liées au système vestibulaire, comme des troubles de l’équilibre, sont observées chez les patients avec une scoliose. La stimulation vestibulaire galvanique permet d’explorer le contrôle sensorimoteur de l’équilibre puisqu’elle permet d’altérer les afférences vestibulaires. L’objectif de cette thèse est d’explorer le contrôle sensorimoteur en évaluant la réaction posturale provoquée par cette stimulation chez les patients et les participants contrôle. Dans la première étude, les patients sont plus déstabilisés que les contrôles et il n’y a pas de lien entre l’ampleur de l’instabilité et la sévérité de la scoliose. Dans la deuxième étude, à l’aide d’un modèle neuromécanique, un poids plus grand aux signaux vestibulaires a été attribué aux patients. Dans la troisième étude, un problème sensorimoteur est également observé chez les jeunes adultes ayant une scoliose, excluant ainsi que le problème soit dû à la maturation du système nerveux. Dans une étude subséquente, des patients opérés pour réduire leur déformation du rachis, montrent également une réaction posturale de plus grande amplitude à la stimulation comparativement à des participants contrôle. Ces résultats suggèrent que l’anomalie sensorimotrice ne serait pas secondaire à la déformation. Finalement, un algorithme a été développé pour identifier les patients ayant un problème sensorimoteur. Les patients montrant un contrôle sensorimoteur anormal ont également une réponse vestibulomotrice plus grande et attribuent plus de poids aux informations vestibulaires. Globalement, les résultats de cette thèse montrent qu’un déficit sensorimoteur expliquerait l’apparition de la scoliose mais pas sa progression. Le dysfonctionnement sensorimoteur n’est pas présent chez tous les patients. L’algorithme permettant une classification de la performance sensorimotrice pourrait être utile pour de futures études cliniques.

Organisation chimioanatomique des afférences pallidales chez le primate

L’élucidation de la position qu’occupent les projections sérotoninergique (5-HT), cholinergique (ACh) et dopaminergique (DA) du tronc cérébral dans l’organisation anatomofonctionelle du globus pallidus externe (GPe) et interne (GPi) au sein des ganglions de la base chez le primate est primordiale à la compréhension de ce système neuronal hautement complexe impliqué dans le contrôle du comportement moteur. Les travaux de recherche consolidés dans la présente thèse rapportent les résultats principalement obtenus chez le singe écureuil (Saimiri sciureus) à l’aide de marquages immunohistochimiques et de quantifications stéréologiques servant à évaluer la distribution régionale et les caractéristiques ultrastructurales des varicosités axonales 5-HT, ACh et DA observées dans le pallidum. Nos données ont permis l’éloboration d’un nouveau modèle du neurone pallidal en tenant compte de la hiérarchie et des caractéristiques neurochimiques de ses entrées synaptiques. Ainsi, l’analyse quantitative en microscopie optique révèle que le GPe et le GPi reçoivent des innervations 5-HT, ACh et DA de densités variables et distribuées de façon hétérogène. Plus particulièrement, le GPe est innervé par 600 000 varicosités 5-HT/mm3 de tissu, 500 000 varicosités ACh/mm3 et 170 000 varicosités DA/mm3. En revanche, le GPi reçoit 600 000 varicosités 5-HT/mm3, 250 000 varicosités ACh/mm3 et 190 000 varicosités DA/mm3. De plus, la 5-HT, l’ACh et la DA ciblent préférentiellement les secteurs correspondant aux territoires fonctionnels associatifs et limbiques du pallidum, suggérant un rôle de ces projections dans la planification du comportement moteur ainsi que dans la régulation de l’attention et de l’humeur. Nos analyses en microscopie électronique révèlent que très peu de ces varicosités axonales établissent un contact synaptique, puisque plus de 70% des varicosités 5-HT, ACh et DA sont complètement dépouvues de jonction synaptique. Ainsi, bien que la 5-HT, l’ACh et la DA seraient en mesure de moduler directement les neurones pallidaux grâce à la transmission synaptique, leur plus grande influence s’opérerait par la transmission volumique, permettant d’influencer à la fois les neurones pallidaux et leurs afférences, principalement du striatum et noyau subthalamique. L’ensemble de ces résultats indique que les projections 5-HT, ACh et DA du tronc cérébral agissent de concert avec les afférences plus robustes en provenance du striatum et du noyau subthalamique. Ces nouvelles données neuroanatomiques positionnent le tronc cérébral en tant qu’acteur important dans l’organisation anatomique et fonctionnelle du pallidum chez le primate et doivent être prises en considération dans l’élaboration de nouvelles approches thérapeutiques visant à contrer les processus neurodégénératifs qui affectent les ganglions de la base, tel que la maladie de Parkinson.

Neuroreceptor availability and cerebral morphology in human obesity

Obesity is a major challenge to human health worldwide. Little is known about the brain mechanisms that are associated with overeating and obesity in humans. In this project, multimodal neuroimaging techniques were utilized to study brain neurotransmission and anatomy in obesity. Bariatric surgery was used as an experimental method for assessing whether the possible differences between obese and non-obese individuals change following the weight loss. This could indicate whether obesity-related altered neurotransmission and cerebral atrophy are recoverable or whether they represent stable individual characteristics. Morbidly obese subjects (BMI ≥ 35 kg/m2) and non-obese control subjects (mean BMI 23 kg/m2) were studied with positron emission tomography (PET) and magnetic resonance imaging (MRI). In the PET studies, focus was put on dopaminergic and opioidergic systems, both of which are crucial in the reward processing. Brain dopamine D2 receptor (D2R) availability was measured using [11C]raclopride and µ-opioid receptor (MOR) availability using [11C]carfentanil. In the MRI studies, voxel-based morphometry (VBM) of T1-weighted MRI images was used, coupled with diffusion tensor imaging (DTI). Obese subjects underwent bariatric surgery as their standard clinical treatment during the study. Preoperatively, morbidly obese subjects had significantly lower MOR availability but unaltered D2R availability in several brain regions involved in reward processing, including striatum, insula, and thalamus. Moreover, obesity disrupted the interaction between the MOR and D2R systems in ventral striatum. Bariatric surgery and concomitant weight loss normalized MOR availability in the obese, but did not influence D2R availability in any brain region. Morbidly obese subjects had also significantly lower grey and white matter densities globally in the brain, but more focal changes were located in the areas associated with inhibitory control, reward processing, and appetite. DTI revealed also signs of axonal damage in the obese in corticospinal tracts and occipito-frontal fascicles. Surgery-induced weight loss resulted in global recovery of white matter density as well as more focal recovery of grey matter density among obese subjects. Altogether these results show that the endogenous opioid system is fundamentally linked to obesity. Lowered MOR availability is likely a consequence of obesity and may mediate maintenance of excessive energy uptake. In addition, obesity has adverse effects on brain structure. Bariatric surgery however reverses MOR dysfunction and recovers cerebral atrophy. Understanding the opioidergic contribution to overeating and obesity is critical for developing new psychological or pharmacological treatments for obesity. The actual molecular mechanisms behind the positive change in structure and neurotransmitter function still remain unclear and should be addressed in the future research.