Intracortical connectivity of layer VI pyramidal cells in the barrel cortex of mice

ABSTRACT : The whisker-to-barrel pathway of rodents is formed by a series of somatotopic projections from the mystacial whisker follicles to the layer IV of the primary somatosensory cortex such that each follicle corresponds to a cluster of cortical neurons called barrel. Barrels are present in layer IV but form part of functional columns that comprise the entire depth of the somatosensory cortex. Interestingly, the cortex of the barrelless mouse strain (BRL) is organized such a manner that thalamocortical afferents do not remodel their projections in layer IV and barrels fail to appear. Nevertheless, functionally, a columnar organization persists, indicating that functional columns are not only provided by thalamocortical projections and layer IV cells. Since in the visual cortex of cats, layer VI cells contribute to the response properties of layer IV neurons, we wonder whether layer VI pyramidal cells could contribute to the columnar organization of the primary somatosensory cortex of mice. To address -this question, we morphologically analyzed the distribution of intracortical axon collaterals of layer VI neurons after in-vivo juxtacellular injections of biocytin in the C2 barrel column. Injected hemispheres were tangentially serial cut and intracortical collaterals of individual layer VI neurons were reconstructed at the light microscopic level. The position of axonal boutons was recorded to evaluate the distribution of presumed synaptic contacts. In normal (NOR) mice, cluster analysis shows that layer VI pyramidal cells can be classified in four statistically different clusters of neurons. Moreover, we assume that two classes are formed by cortico-cortical neurons and two classes are formed by cortico-thalamic neurons. Looking at the direction of the main axon in the white matter, we noticed that its orientation correlates perfectly with the type of neuron: cortico-cortical neurons send main axon medially whereas cortico-thalamic neurons send main axon laterally. Performing the same study in the BRL strain, we showed that the BRL mutation affects layer VI pyramidal cells tangentially and radially: the effects of the mutation are illustrated by a significant decrease of the index of colurnnarization and a significant decrease of percentage of boutons in granular and supragranular layers comparing to NOR neurons. In spite of these differences, the same four classes of layer VI neurons have been found in BRL mice. Using a tangential analysis of the boutons distribution, we showed that putative synapses are distributed mainly in the C2 barrel column. This was observed for each layer, type of neuron, cluster or strain, indicating that layer VI pyramidal cells could participate to the functional columnar organization of the barrel cortex. To determine post-synaptic partners of layer VI neurons in layer IV, we conducted an ultrastructural analysis of layer VI-to-IV contacts. We showed that synapses principally occur on spines and spiny dendritic shafts, supposed to belong to excitatory neurons. We furthermore showed that pre-synaptic elements are significantly different between en passant and terminaux contacts, which support hypothesis that terminaux boutons should show longer duration of facilitation than en passant boutons. RÉSUMÉ : Le «whisker-to-barrel pathway» des rongeurs est caractérisé par une série de projections somatotopiques depuis les follicules des moustaches ('whiskers') jusqu'à la couche IV de l'aire somatosensorielle primaire, de telle façon que chaque follicule corresponde à un groupe de neurones corticaux appelés tonneaux (`barrels'). Les tonneaux sont seulement présents en couche IV mais font partie de colonnes fonctionnelles qui s'étendent sur toute la profondeur du cortex somatosensoriel. Chez les souris mutantes barrelless (BRL), le cortex somatosensoriel est organisé de façon telle que lés afférences thalamocorticales ne remodellent pas leurs projections en couche IV et que les tonneaux n'apparaissent pas. Fonctionnellement, pourtant, une organisation en colonnes persiste, ce qui indique que les colonnes fonctionnelles ne sont pas uniquement produites par les projections thalamocorticales et par les cellules de la couche IV. Puisque les cellules de la couche VI contribuent à influencer les réponses des cellules de la couche IV dans le cortex visuel du chat, nous nous sommes demandé si ces cellules ne pourraient pas aussi contribuer à l'organisation en colonnes du cortex somatosensoriel primaire de la souris. Pour répondre à cette question, nous avons analysé de façon morphologique la distribution intracorticale des collatéraux axonaux de neurones de la couche VI. Suite à des injections juxtacellulaires de biocytine in-vivo dans la colonne C2, les hémisphères cérébraux ont été tangentiellement coupés en série et les collatéraux intracorticaux des neurones de la couche VI ont été reconstruits en microscopie optique. La position des boutons axonaux a aussi été enregistrée pour évaluer la distribution des contacts synpptiques potentiels. Chez les souris NOR, une analyse multivariée montre que les cellules pyramidales de la couche VI sont distribuées en quatre classes. Deux de ces classes sont probablement formées de neurons cortico-corticaux, alors que les deux autres sont probablement formées de neurones corticothalamiques. En observant la direction de l'axone principal dans la matière blanche, nous avons noté que son orientation est parfaitement corrélée avec le type supposé de neurone : les neurones corticocorticaux envoient leurs axones principaux médiallement, alors que les neurons cortico-thalamiques envoient leurs axones principaux latéralement. En menant la même étude chez les souris BRL, nous avons montré que la mutation affecte les cellules pyramidales de la couche VI de façon tangentielle, mais aussi radiaire : les effets de 1a mutation se traduisent par une diminution significative de l'index de « columnarization » et de la connectivité en couches granulaire et supragranulaire. Malgré ces différences, les quatre mêmes classes de neurones ont été retrouvées. En utilisant une analyse tangentielle de la distribution des boutons, nous avons montré que les synapses potentielles sont distribuées principalement dans la colonne C2. Cette observation a été faite dans chaque couche, chaque type de neurones, chaque classe de neurones et chaque souche de souris, indicant que les cellules de la couche VI participent certainement à l'organisation en colonne du cortex somatosensoriel. Pour déterminer les partenaires post-synaptiques des cellules de la couche VI en couche IV, nous avons conduit une analyse ultrastructurelle de ces contacts. Nous avons montré que les synapses interviennent principalement sur les épines et sur les dendrites supposés appartenir à des cellules excitatrices. Nous avons aussi montré que les éléments pré-synaptiques de ces synapses sont significativement differents selon le type de bouton, en passant ou terminal, ce qui supporte l'hypothèse que les boutons terminaux seraient capables d'une plus longue facilitation.

Influència de la música sobre l'atenció humana: especial a la metodologia d'anàlisi, tot combinant metodologia quantitavia amb qualitativa (mix method)

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la University of Calgary, Canadà, entre desembre del 2007 i febrer del 2008. El projecte ha consistit en l'anàlisi de les dades d'una recerca en el camp de la psicologia de la música, concretament en com influeix la música en l'atenció a través de les vies dels estats emocionals i enèrgics de la persona. Per a la recerca es feu ús de videu en les sessions, obtenint dades visuals i auditives per a complementar les dades de tipus quantitatiu provinents dels resultats d'uns tests d'atenció subministrats. L'anàlisi es realitzà segons mètodes i tècniques de caràcter qualitatiu, apresos durant l'estada. Així mateix també s'ha aprofundit en la comprensió del paradigma qualitatiu com a paradigma vàlid i realment complementari del paradigma qualitatiu. S'ha focalitzat especialment en l'anàlisi de la conversa des d'un punt de vista interpretatiu així com l'anàlisi de llenguatge corporal i facial a partir de l'observació de videu, tot formulant descriptors i subdescriptors de la conducta que està relacionada amb la hipòtesis. Alguns descriptors havien estat formulats prèviament a l’anàlisi, en base a altres investigacions i al background de la investigadora; altres s’han anat descobrint durant l’anàlisi. Els descriptors i subdescriptors de la conducta estan relacionats amb l'intent dels estats anímics i enèrgics dels diferents participants. L'anàlisi s'ha realitzat com un estudi de casos, fent un anàlisi exhaustiu persona per persona amb l'objectiu de trobar patrons de reacció intrapersonals i intrapersonals. Els patrons observats s'utilitzaran com a contrast amb la informació quantitativa, tot realitzant triangulació amb les dades per trobar-ne possibles recolzaments o contradiccions entre sí. Els resultats preliminars indiquen relació entre el tipus de música i el comportament, sent que la música d'emotivitat negativa està associada a un tancament de la persona, però quan la música és enèrgica els participants s'activen (conductualment observat) i somriuen si aquesta és positiva.

Inspection of Social Care Support Services for Carers of Older People (PDF 1776 KB)

Social Services Inspection Final Report for Craigavon & Banbridge - fieldwork inspection 14-25 Nov 2005

Sperrin Lakeland Report on Care Support Services for Carers of Older People (PDF 1050 KB)

Sperrin Lakeland Trust inspection

Inspection of Social Care Support Services for Carers of Older People (PDF 494 KB)

Down Lisburn Health And Social Services Trust Eastern Health And Social Services Board Fieldwork Inspection: 31st May 2005 - 10th June 2005 (Final Report April 2006)

Visual representation of food in the brain : effects of repeated exposure and gut hormone secretion

The thesis at hand is concerned with the spatio-temporal brain mechanisms of visual food perception as investigated by electrical neuroimaging. Due to the increasing prevalence of obesity and its associated challenges for public health care, there is a need to better understand behavioral and brain processes underlying food perception and food-based decision-making. The first study (Study A) of this thesis was concerned with the role of repeated exposure to visual food cues. In our everyday lives we constantly and repeatedly encounter food and these exposures influence our food choices and preferences. In Study A, we therefore applied electrical neuroimaging analyses of visual evoked potentials to investigate the spatio-temporal brain dynamics linked to the repeated viewing of high- and low-energy food cues (published manuscript: "The role of energetic value in dynamic brain response adaptation during repeated food image viewing" (Lietti et al., 2012)). In this study, we found that repetitions differentially affect behavioral and brain mechanisms when high-energy, as opposed to low-energy foods and non-food control objects, were viewed. The representation of high-energy food remained invariant between initial and repeated exposures indicating that the sight of high-energy dense food induces less behavioral and neural adaptation than the sight of low-energy food and non-food control objects. We discuss this finding in the context of the higher salience (due to greater motivation and higher reward or hedonic valuation) of energy- dense food that likely generates a more mnemonically stable representation. In turn, this more invariant representation of energy-dense food is supposed to (partially) explain why these foods are over-consumed despite of detrimental health consequences. In Study Β we investigated food responsiveness in patients who had undergone Roux-en-Y gastric bypass surgery to overcome excessive obesity. This type of gastric bypass surgery is not only known to alter food appreciation, but also the secretion patterns of adipokines and gut peptides. Study Β aimed at a comprehensive and interdisciplinary investigation of differences along the gut-brain axis in bypass-operated patients as opposed to weight-matched non-operated controls. On the one hand, the spatio-temporal brain dynamics to the visual perception of high- vs. low-energy foods under differing states of motivation towards food intake (i.e. pre- and post-prandial) were assessed and compared between groups. On the other hand, peripheral gut hormone measures were taken in pre- and post-prandial nutrition state and compared between groups. In order to evaluate alterations in the responsiveness along the gut-brain-axis related to gastric bypass surgery, correlations between both measures were compared between both participant groups. The results revealed that Roux-en- Y gastric bypass surgery alters the spatio-temporal brain dynamics to the perception of high- and low-energy food cues, as well as the responsiveness along the gut-brain-axis. The potential role of these response alterations is discussed in relation to previously observed changes in physiological factors and food intake behavior post-Roux-en-Y gastric bypass surgery. By doing so, we highlight potential behavioral, neural and endocrine (i.e. gut hormone) targets for the future development of intervention strategies for deviant eating behavior and obesity. Together, the studies showed that the visual representation of foods in the brain is plastic and that modulations in neural activity are already noted at early stages of visual processing. Different factors of influence such as a repeated exposure, Roux-en-Y gastric bypass surgery, motivation (nutrition state), as well as the energy density of the visually perceived food were identified. En raison de la prévalence croissante de l'obésité et du défi que cela représente en matière de santé publique, une meilleure compréhension des processus comportementaux et cérébraux liés à la nourriture sont nécessaires. En particulier, cette thèse se concentre sur l'investigation des mécanismes cérébraux spatio-temporels liés à la perception visuelle de la nourriture. Nous sommes quotidiennement et répétitivement exposés à des images de nourriture. Ces expositions répétées influencent nos choix, ainsi que nos préférences alimentaires. La première étude (Study A) de cette thèse investigue donc l'impact de ces exposition répétée à des stimuli visuels de nourriture. En particulier, nous avons comparé la dynamique spatio-temporelle de l'activité cérébrale induite par une exposition répétée à des images de nourriture de haute densité et de basse densité énergétique. (Manuscrit publié: "The role of energetic value in dynamic brain response adaptation during repeated food image viewing" (Lietti et al., 2012)). Dans cette étude, nous avons pu constater qu'une exposition répétée à des images représentant de la nourriture de haute densité énergétique, par opposition à de la nourriture de basse densité énergétique, affecte les mécanismes comportementaux et cérébraux de manière différente. En particulier, la représentation neurale des images de nourriture de haute densité énergétique est similaire lors de l'exposition initiale que lors de l'exposition répétée. Ceci indique que la perception d'images de nourriture de haute densité énergétique induit des adaptations comportementales et neurales de moindre ampleur par rapport à la perception d'images de nourriture de basse densité énergétique ou à la perception d'une « catégorie contrôle » d'objets qui ne sont pas de la nourriture. Notre discussion est orientée sur les notions prépondérantes de récompense et de motivation qui sont associées à la nourriture de haute densité énergétique. Nous suggérons que la nourriture de haute densité énergétique génère une représentation mémorielle plus stable et que ce mécanisme pourrait (partiellement) être sous-jacent au fait que la nourriture de haute densité énergétique soit préférentiellement consommée. Dans la deuxième étude (Study Β) menée au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux mécanismes de perception de la nourriture chez des patients ayant subi un bypass gastrique Roux- en-Y, afin de réussir à perdre du poids et améliorer leur santé. Ce type de chirurgie est connu pour altérer la perception de la nourriture et le comportement alimentaire, mais également la sécrétion d'adipokines et de peptides gastriques. Dans une approche interdisciplinaire et globale, cette deuxième étude investigue donc les différences entre les patients opérés et des individus « contrôles » de poids similaire au niveau des interactions entre leur activité cérébrale et les mesures de leurs hormones gastriques. D'un côté, nous avons investigué la dynamique spatio-temporelle cérébrale de la perception visuelle de nourriture de haute et de basse densité énergétique dans deux états physiologiques différent (pre- et post-prandial). Et de l'autre, nous avons également investigué les mesures physiologiques des hormones gastriques. Ensuite, afin d'évaluer les altérations liées à l'intervention chirurgicale au niveau des interactions entre la réponse cérébrale et la sécrétion d'hormone, des corrélations entre ces deux mesures ont été comparées entre les deux groupes. Les résultats révèlent que l'intervention chirurgicale du bypass gastrique Roux-en-Y altère la dynamique spatio-temporelle de la perception visuelle de la nourriture de haute et de basse densité énergétique, ainsi que les interactions entre cette dernière et les mesures périphériques des hormones gastriques. Nous discutons le rôle potentiel de ces altérations en relation avec les modulations des facteurs physiologiques et les changements du comportement alimentaire préalablement déjà démontrés. De cette manière, nous identifions des cibles potentielles pour le développement de stratégies d'intervention future, au niveau comportemental, cérébral et endocrinien (hormones gastriques) en ce qui concerne les déviances du comportement alimentaire, dont l'obésité. Nos deux études réunies démontrent que la représentation visuelle de la nourriture dans le cerveau est plastique et que des modulations de l'activité neurale apparaissent déjà à un stade très précoce des mécanismes de perception visuelle. Différents facteurs d'influence comme une exposition repetee, le bypass gastrique Roux-en-Y, la motivation (état nutritionnel), ainsi que la densité énergétique de la nourriture qui est perçue ont pu être identifiés.

Extracorporeal membrane oxygenation support in acardia.

In extreme situations, such as hyperacute rejection of heart transplant or major heart trauma, heart preservation may not be possible. Our experimental team works on a project of peripheral extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) support in acardia as a bridge to heart transplantation or artificial heart implantation. An ECMO support was established in five calves (58.6 ± 6.9 kg) by the transjugular insertion to the caval axis of a self-expanded cannula, with carotid artery return. After baseline measurements, ventricular fibrillation was induced, great arteries were clamped, heart was excised, and right and left atria remnants, containing pulmonary veins, were sutured together leaving an atrial septal defect over the caval axis cannula. Measurements of pump flow and arterial pressure were taken with the pulmonary artery clamped and anastomosed with the caval axis for a total of 6 hours. Pulmonary artery anastomosis to the caval axis provided an acceptable 6 hour hemodynamic stability, permitting a peripheral access ECMO support in extreme scenarios indicating a heart explantation.

Olfactory and/or visual cues for spatial navigation through ontogeny: olfactory cues enable the use of visual cues

This study analyzed the spatial memory capacities of rats in darkness with visual and/or olfactory cues through ontogeny. Tests were conducted with the homing board, where rats had to find the correct escape hole. Four age groups (24 days, 48 days, 3-6 months, and 12 months) were trained in 3 conditions: (a) 3 identical light cues; (b) 5 different olfactory cues; and (c) both types of cues, followed by removal of the olfactory cues. Results indicate that immature rats first take into account olfactory information but are unable to orient with only the help of discrete visual cues. Olfaction enables the use of visual information by 48-day-old rats. Visual information predominantly supports spatial cognition in adult and 12-month-old rats. Results point out cooperation between vision and olfaction for place navigation during ontogeny in rats.

Visual search in spatial neglect studied with a preview paradigm.

Impaired visual search is a hallmark of spatial neglect. When searching for an unique feature (e.g., color) neglect patients often show only slight visual field asymmetries. In contrast, when the target is defined by a combination of features (e.g., color and form) they exhibit a severe deficit of contralesional search. This finding suggests a selective impairment of the serial deployment of spatial attention. Here, we examined this deficit with a preview paradigm. Neglect patients searched for a target defined by the conjunction of shape and color, presented together with varying numbers of distracters. The presentation time was varied such that on some trials participants previewed the target together with same-shape/different-color distracters, for 300 or 600 ms prior to the appearance of additional different-shape/same-color distracters. On the remaining trials the target and all distracters were shown simultaneously. Healthy participants exhibited a serial search strategy only when all items were presented simultaneously, whereas in both preview conditions a pop-out effect was observed. Neglect patients showed a similar pattern when the target was presented in the right hemifield. In contrast, when searching for a target in the left hemifield they showed serial search in the no-preview condition, as well as with a preview of 300 ms, and partly even at 600 ms. A control experiment suggested that the failure to fully benefit from item preview was probably independent of accurate perception of time. Our results, when viewed in the context of existing literature, lead us to conclude that the visual search deficit in neglect reflects two additive factors: a biased representation of attentional priority in favor of ipsilesional information and exaggerated capture of attention by ipsilesional abrupt onsets.

Final Evaluation Report of the Teen Parents Support Initiative

The evaluation was commissioned by the Department of Health and Children and undertaken by the Centre for Social and Educational Research, Dublin Institute of Technology. The content of the report relates from the Initiativeâ?Ts launch in July 1999 to June 2002.The Initiative sought to provide a range of additional support services for teen parents during pregnancy, until their children reached 2 years of age. Download document here

Springboard - Promoting Family Well-Being: Through Family Support Services

This report is the final evaluation of the three year pilot phase of the Springboard initiative and sets out to answer the question: has Springboard improved the well-being of children and parents and how have its services been received Download the Report here

A Guide to What Works in Family Support Services for Vulnerable Families

This publication is part of research undertaken for the Springboard Family Support Initiative. Springboard is one of the most important initiatives of any Government in recent times to support vulnerable families. It aims to support families which are experiencing difficulties in providing adequate care and protection for their children through community based centres  which work in partnership not only with other local service providers but with the families themselves. Download the Report here