From caging to rouse dynamics in polymer melts with intramolecular barriers: a critical test of the mode coupling theory

By means of computer simulations and solution of the equations of the mode coupling theory (MCT),we investigate the role of the intramolecular barriers on several dynamic aspects of nonentangled polymers. The investigated dynamic range extends from the caging regime characteristic of glass-formers to the relaxation of the chain Rouse modes. We review our recent work on this question,provide new results, and critically discuss the limitations of the theory. Solutions of the MCT for the structural relaxation reproduce qualitative trends of simulations for weak and moderate barriers. However, a progressive discrepancy is revealed as the limit of stiff chains is approached. This dis-agreement does not seem related with dynamic heterogeneities, which indeed are not enhanced by increasing barrier strength. It is not connected either with the breakdown of the convolution approximation for three-point static correlations, which retains its validity for stiff chains. These findings suggest the need of an improvement of the MCT equations for polymer melts. Concerning the relaxation of the chain degrees of freedom, MCT provides a microscopic basis for time scales from chain reorientation down to the caging regime. It rationalizes, from first principles, the observed deviations from the Rouse model on increasing the barrier strength. These include anomalous scaling of relaxation times, long-time plateaux, and nonmonotonous wavelength dependence of the mode correlators.

Coronary vasomotor responses to isometric handgrip exercise are primarily mediated by nitric oxide: a noninvasive MRI test of coronary endothelial function.

Endothelial cell release of nitric oxide (NO) is a defining characteristic of nondiseased arteries, and abnormal endothelial NO release is both a marker of early atherosclerosis and a predictor of its progression and future events. Healthy coronaries respond to endothelial-dependent stressors with vasodilatation and increased coronary blood flow (CBF), but those with endothelial dysfunction respond with paradoxical vasoconstriction and reduced CBF. Recently, coronary MRI and isometric handgrip exercise (IHE) were reported to noninvasively quantify coronary endothelial function (CEF). However, it is not known whether the coronary response to IHE is actually mediated by NO and/or whether it is reproducible over weeks. To determine the contribution of NO, we studied the coronary response to IHE before and during infusion of N(G)-monomethyl-l-arginine (l-NMMA, 0.3 mg·kg(-1)·min(-1)), a NO-synthase inhibitor, in healthy volunteers. For reproducibility, we performed two MRI-IHE studies ∼8 wk apart in healthy subjects and patients with coronary artery disease (CAD). Changes from rest to IHE in coronary cross-sectional area (%CSA) and diastolic CBF (%CBF) were quantified. l-NMMA completely blocked normal coronary vasodilation during IHE [%CSA, 12.9 ± 2.5 (mean ± SE, placebo) vs. -0.3 ± 1.6% (l-NMMA); P < 0.001] and significantly blunted the increase in flow [%CBF, 47.7 ± 6.4 (placebo) vs. 10.6 ± 4.6% (l-NMMA); P < 0.001]. MRI-IHE measures obtained weeks apart strongly correlated for CSA (P < 0.0001) and CBF (P < 0.01). In conclusion, the normal human coronary vasoactive response to IHE is primarily mediated by NO. This noninvasive, reproducible MRI-IHE exam of NO-mediated CEF promises to be useful for studying CAD pathogenesis in low-risk populations and for evaluating translational strategies designed to alter CAD in patients.

Establishment of an In Vitro Photoallergy Test Using NCTC2544 Cells and IL-18 Production

Differentiation between photoallergenic and phototoxic reactions induced by low molecular weight compounds represents a current problem. The use of eratinocytes as a potential tool for the detection of photoallergens as opposed to photoirritants is considered an interesting strategy for developing in vitro methods. We have previously demonstrated the possibility to use the human keratinocyte cell line NCTC2455 and the production of interleukin-18 (IL-18) to screen low molecular weight sensitizers. The purpose of this work was to explore the possibility to use the NCTC2544 assay to identify photoallergens and discriminate from phototoxic chemicals. First, we identified suitable condition of UV-irradiation (3.5 J/cm2) by investigating the effect of UVAirradiation on intracellular IL-18 on untreated or chloropromazine (a representative phototoxic compound)- treated NCTC2544 cells. Then, the effect of UVA-irradiation over NCTC2544 cells treated with increasing concentrations of 15 compounds including photoallergens (benzophenone, 4-ter-butyl-4-methoxydibenzoylmethane, 2-ethylexyl-p-methoxycinnamate, ketoprofen, 6-methylcumarin); photoirritant and photoallergen (4-aminobenzoic acid, chlorpromazine, promethazine); photoirritants (acridine, ibuprofen, 8-methoxypsoralen, retinoic acid); and negative compounds (lactic acid, SDS and p-phenilendiamine) was investigated. Twenty-four hours after exposure, cytotoxicity was evaluated by the MTT assay or LDH leakage, while ELISA was used to measure the production of IL-18. At the maximal concentration assayed with non-cytotoxic effects (CV80 under irradiated condition), all tested photoallergens induced a significant and a dose-dependent increase of intracellular IL-18 following UVA irratiation, whereas photoirritants failed. We suggest that this system may be useful for the in vitro evaluation of the photoallergic potential of chemicals.

High Performance Electrical Drive System for a Biomechanical Test and Rehabilitation Equipment

Suunniteltiin ja rakennettiin suoraa vääntömomenttisäätöä soveltava taajuudenmuuttajakäyttö oikosulkumoottorin ohjaukseen korvaamaan passiivinen jarrukäyttö. Laite on kuntoutuslaite, jolla tehdään lihasvoiman mittauksia ja voimaharjoituksia. Selvitettiin kaupallisten moottoreiden ja taajuudenmuuttajien suoritusominaisuuksia ja tämän perusteella valittiin käyttöön sopivat laitteet. Työssä esitetään kaksi oikosulkumoottorin ohjaustapaa: vektorisäätö ja suora vääntömomenttisäätö. Merkittävin osa tästä työstä käsittelee - tarkan turvallisuussuunnitelman lisäksi - kuntoutuslaitteen prototyypin komponentteja, kokoamista ja suoritustestien tuloksia.

Discrepancy between Visual Acuity and Microperimetry in AMD Patients: Visual Acuity Appears as an Inadequate Parameter to Test Macular Function.

BACKGROUND: Best corrected visual acuity (BCVA) of 0.8 or above in AMD patients can sometimes correspond to poor macular function inducing a serious visual handicap. Microperimetry can be used to objectivize this difference. PATIENTS AND METHODS: A retrospective study was undertaken on 233 files of AMD patients of whom 82 had had a microperimetry. BCVA was compared with microperimetry performance. All examinations were performed in an identical setting by the same team of 3 persons. RESULTS: Among the 82 patients included, 32 (39.0%) had a BCVA equal to or above 0.8 even though their microperimetry performance was lower than 200/560 db. 10 of them (12.2% of total) had an even poorer microperimetry below 120/560 db indicating poor macular function. CONCLUSIONS: More than a third of the AMD patients had a bad or very bad microperimetry performance in parallel with a good visual acuity. Microperimetry is a valuable tool to assess and follow real macular function in AMD patients when visual acuity alone can be misleading.

Bases cerebrales de la atención sostenida y la memoria de trabajo: un estudio de resonancia magnética funcional basado en el Continuous Performance Test

Introducción. Uno de los paradigmas más utilizados en el estudio de la atención es el Continuous Performance Test (CPT). La versión de pares idénticos (CPT-IP) se ha utilizado ampliamente para evaluar los déficits de atención en los trastornos del neurodesarrollo, neurológicos y psiquiátricos. Sin embargo, la localización de la activación cerebral de las redes atencionales varía significativamente según el diseño de resonancia magnética funcional (RMf) usado. Objetivo. Diseñar una tarea para evaluar la atención sostenida y la memoria de trabajo mediante RMf para proporcionar datos de investigación relacionados con la localización y el papel de estas funciones. Sujetos y métodos. El estudio contó con la participación de 40 estudiantes, todos ellos diestros (50%, mujeres; rango: 18-25 años). La tarea de CPT-IP se diseñó como una tarea de bloques, en la que se combinaban los períodos CPT-IP con los de reposo. Resultados. La tarea de CPT-IP utilizada activa una red formada por regiones frontales, parietales y occipitales, y éstas se relacionan con funciones ejecutivas y atencionales. Conclusiones. La tarea de CPT-IP utilizada en nuestro trabajo proporciona datos normativos en adultos sanos para el estudio del sustrato neural de la atención sostenida y la memoria de trabajo. Estos datos podrían ser útiles para evaluar trastornos que cursan con déficits en memoria de trabajo y en atención sostenida.

The Rose Bengal test in human brucellosis: a neglected test for the diagnosis of a neglected disease

Brucellosis is a highly contagious zoonosis affecting livestock and human beings. The human disease lacks pathognomonic symptoms and laboratory tests are essential for its diagnosis. However, most tests are difficult to implement in the areas and countries were brucellosis is endemic. Here, we compared the simple and cheap Rose Bengal Test (RBT) with serum agglutination, Coombs, competitive ELISA, Brucellacapt, lateral flow immunochromatography for IgM and IgG detection and immunoprecipitation with Brucella proteins. We tested 208 sera from patients with brucellosis proved by bacteriological isolation, 20 contacts with no brucellosis, and 1559 sera of persons with no recent contact or brucellosis symptoms. RBT was highly sensitive in acute and long evolution brucellosis cases and this related to its ability to detect IgM, IgG and IgA, to the absence of prozones, and to the agglutinating activity of blocking IgA at the pH of the test. RBT was also highly specific in the sera of persons with no contact with Brucella. No test in this study outperformed RBT, and none was fully satisfactory in distinguishing contacts from infected patients. When modified to test serum dilutions, a diagnostic titer >4 in RBT resulted in 87.4% sensitivity (infected patients) and 100% specificity (contacts). We discuss the limitations of serological tests in the diagnosis of human brucellosis, particularly in the more chronic forms, and conclude that simplicity and affordability of RBT make it close to the ideal test for small and understaffed hospitals and laboratories.

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

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