Multimodal MRI analysis of structural and functional networks in the human brain : application to two clinical studies : driving abilities under THC intoxication and early white matter changes in FXTAS

Les approches multimodales dans l'imagerie cérébrale non invasive sont de plus en plus considérées comme un outil indispensable pour la compréhension des différents aspects de la structure et de la fonction cérébrale. Grâce aux progrès des techniques d'acquisition des images de Resonance Magnetique et aux nouveaux outils pour le traitement des données, il est désormais possible de mesurer plusieurs paramètres sensibles aux différentes caractéristiques des tissues cérébraux. Ces progrès permettent, par exemple, d'étudier les substrats anatomiques qui sont à la base des processus cognitifs ou de discerner au niveau purement structurel les phénomènes dégénératifs et développementaux. Cette thèse met en évidence l'importance de l'utilisation d'une approche multimodale pour étudier les différents aspects de la dynamique cérébrale grâce à l'application de cette approche à deux études cliniques: l'évaluation structurelle et fonctionnelle des effets aigus du cannabis fumé chez des consommateurs réguliers et occasionnels, et l'évaluation de l'intégrité de la substance grise et blanche chez des jeunes porteurs de la prémutations du gène FMR1 à risque de développer le FXTAS (Fragile-X Tremor Ataxia Syndrome). Nous avons montré que chez les fumeurs occasionnels de cannabis, même à faible concentration du principal composant psychoactif (THC) dans le sang, la performance lors d'une tâche visuo-motrice est fortement diminuée, et qu'il y a des changements dans l'activité des trois réseaux cérébraux impliqués dans les processus cognitifs: le réseau de saillance, le réseau du contrôle exécutif, et le réseau actif par défaut (Default Mode). Les sujets ne sont pas en mesure de saisir les saillances dans l'environnement et de focaliser leur attention sur la tâche. L'augmentation de la réponse hémodynamique dans le cortex cingulaire antérieur suggère une augmentation de l'activité introspective. Une investigation des ef¬fets au niveau cérébral d'une exposition prolongée au cannabis, montre des changements persistants de la substance grise dans les régions associées à la mémoire et au traitement des émotions. Le niveau d'atrophie dans ces structures corrèle avec la consommation de cannabis au cours des trois mois précédant l'étude. Dans la deuxième étude, nous démontrons des altérations structurelles des décennies avant l'apparition du syndrome FXTAS chez des sujets jeunes, asymptomatiques, et porteurs de la prémutation du gène FMR1. Les modifications trouvées peuvent être liées à deux mécanismes différents. Les altérations dans le réseau moteur du cervelet et dans la fimbria de l'hippocampe, suggèrent un effet développemental de la prémutation. Elles incluent aussi une atrophie de la substance grise du lobule VI du cervelet et l'altération des propriétés tissulaires de la substance blanche des projections afférentes correspondantes aux pédoncules cérébelleux moyens. Les lésions diffuses de la substance blanche cérébrale peu¬vent être un marquer précoce du développement de la maladie, car elles sont liées à un phénomène dégénératif qui précède l'apparition des symptômes du FXTAS. - Multimodal brain imaging is becoming a leading tool for understanding different aspects of brain structure and function. Thanks to the advances in Magnetic Resonance imaging (MRI) acquisition schemes and data processing techniques, it is now possible to measure different parameters sensitive to different tissue characteristics. This allows for example to investigate anatomical substrates underlying cognitive processing, or to disentangle, at a pure structural level degeneration and developmental processes. This thesis highlights the importance of using a multimodal approach for investigating different aspects of brain dynamics by applying this approach to two clinical studies: functional and structural assessment of the acute effects of cannabis smoking in regular and occasional users, and grey and white matter assessment in young FMR1 premutation carriers at risk of developing FXTAS. We demonstrate that in occasional smokers cannabis smoking, even at low concentration of the main psychoactive component (THC) in the blood, strongly decrease subjects' performance on a visuo-motor tracking task, and globally alters the activity of the three brain networks involved in cognitive processing: the Salience, the Control Executive, and the Default Mode networks. Subjects are unable to capture saliences in the environment and to orient attention to the task; the increase in Hemodynamic Response in the Anterior Cingulate Cortex suggests an increase in self-oriented mental activity. A further investigation on long term exposure to cannabis, shows a persistent grey matter modification in brain regions associated with memory and affective processing. The degree of atrophy in these structures also correlates with the estimation of drug use in the three months prior the participation to the study. In the second study we demonstrate structural changes in young asymptomatic premutation carriers decades before the onset of FXTAS that might be related to two different mechanisms. Alteration of the cerebellar motor network and of the hippocampal fimbria/ fornix, may reflect a potential neurodevelopmental effect of the premutation. These include grey matter atrophy in lobule VI and modification of white matter tissue property in the corresponding afferent projections through the Middle Cerebellar Peduncles. Diffuse hemispheric white matter lesions that seem to appear closer to the onset of FXTAS and be related to a neurodegenerative phenomenon may mark the imminent onset of FXTAS.

Short communication. SNP analyses of the 5HT1R and STAT genes in Pacific white shrimp, Litopenaeus vannamei

La industria de la producción de camarón es una de las industrias acuícolas que se encuentra en más crecimiento en la actualidad. Los estudios para encontrar marcadores genéticos son muy efectivos para la mejora de sus propiedades y de gran interés para los productores de camarón. En este trabajo se utilizaron seis individuos de una población de Litopenaeus vannamei, donde se encontraron cuatro polimorfismos de nucleótido único (SNPs) en el gen 5HT1R (5-hidroxitriptamina receptor1) y un SNP en el gen STAT (transductor de señal y activador de la transcripción). Sin embargo, el polimorfismo en el gen STAT resultó ser homocigoto en una población diferente utilizada para análisis de asociación. Los presentes análisis revelaron que el alelo C, en dos polimorfismos SNP (C109T y C395G) del gen 5HT1R, tiende a estar asociado con el aumento del peso corporal. Consideramos que hay necesidad de hacer nuevos estudios utilizando una muestra más amplia y diversa de la población en cuestión.

Síndrome de quemarse en el trabajo (Burnout) y estrategias de afrontamiento: un modelo de relaciones estructurales

En este estudio se examina un modelo de relaciones estructurales entre las dimensiones del síndrome de quemarse en el trabajo, y estrategias de afrontamiento orientadas al control y a la ausencia de control sobre los estresores laborales y las emociones individuales. Se plantea la hipótesis de que si la realización personal y el agotamiento emocional se dan de un modo simultáneo, la realización personal tendrá un mayor impacto sobre el cansancio emocional. Los resultados obtenidos se discuten con relación al uso de modelos no recursivos, los efectos de la controlabilidad que implican distintas estrategias de afrontamiento sobre las dimensiones del síndrome de quemarse, e implicaciones para la prevención del estrés en el trabajo.

Neuropsicología de los pacientes con síndrome de fibromialgia: relación con dolor y ansiedad

Estudios previos han mostrado la presencia de alteraciones cognitivas en los pacientes con síndrome de fibromialgia (SFM), sin embargo, no han determinado la posible influencia de las distintas variables clínicas en estas alteraciones. El primer objetivo de nuestro estudio es determinar las diferencias en la función cognitiva entre 81 pacientes con SFM y 35 controles sanos mediante una batería de tests neuropsicológicos. El segundo objetivo es determinar la influencia de la ansiedad y el dolor en la función cognitiva en pacientes con SFM. Los resultados de nuestro estudio muestran que las pacientes con SFM desarrollan un rendimiento cognitivo significativamente inferior a los controles sanos en todos los parámetros valorados. El rendimiento neuropsicológico en pacientes con SFM está asociado al dolor, siendo esta relación independiente del nivel de ansiedad. La relación entre el rendimiento cognitivo y la ansiedad también es significativa. Por esta razón, concluimos que el rendimiento cognitivo está principalmente afectado por el dolor, pero además, el nivel de ansiedad explica parte de la variabilidad en los tests neuropsicológicos que no es explicada por el dolor.

Bioinspired electronic white cane implementation based on a LIDAR, a tri-axial accelerometer and a tactile belt

This work proposes the creation of a bioinspired electronic white cane for blind people using the whiskers principle for short-range navigation and exploration. Whiskers are coarse hairs of an animal's face that tells the animal that it has touched something using the nerves of the skin. In this work the raw data acquired from a low-size terrestrial LIDAR and a tri-axial accelerometer is converted into tactile information using several electromagnetic devices configured as a tactile belt. The LIDAR and the accelerometer are attached to the user’s forearm and connected with a wire to the control unit placed on the belt. Early validation experiments carried out in the laboratory are promising in terms of usability and description of the environment.

Indicadores cognitivos del proceso de envejecimiento en las personas con síndrome de Down

Fundamentos: el aumento de la esperanza de vida en las personas con síndrome de Down plantea nuevos interrogantes sobre el proceso de su envejecimiento. La revisión bibliográfica sobre el tema muestra acuerdo sobre algunos aspectos diferenciales respecto a la población con discapacidad psíquica y la población general. Entre ellos, destacamos dos: a) la precocidad del inicio del proceso y b) el aumento de la probabilidad de desarrollar un envejecimiento patológico a causa de la demencia tipo Alzheimer. El objetivo del presente estudio se centra en la aportación de datos que ayuden a delimitar los posibles indicadores del declive cognitivo de las personas adultas con síndrome de Down relacionados con un posible deterioro propio de la demencia tipo Alzheimer. Método: el estudio se realiza en una muestra de 84 personas adultas con discapacidad psíquica, 42 de las cuales presentan el síndrome de Down. La media de edad se sitúa entorno a los 40 años y su nivel de retraso mental es medio. Se aplica de forma longitudinal en un período de dos años el test d’Aptituds Cognitives per a Deficiència del 65% (Castelló, Carrillo y Barnosell, 1996). Se utiliza un diseño factorial mixto de medidas repetidas controlando las variables etiología, edad cronológica, nivel de retraso mental y paso del tiempo. Resultados: se observa con el paso del tiempo, un declive cognitivo significativo de las personas con síndrome de Down de más de 38 años y nivel de retraso mental ligero respecto al grupo con discapacidad psíquica de referencia. Los indicadores cognitivos se sitúan preferentemente en las áreas de lenguaje y coordinación visomotora. Conclusiones: las personas con síndrome de Down de más de 38 años y nivel de retraso mental ligero manifiestan una probabilidad mayor de desarrollar un declive cognitivo relacionado con un probable deterioro propio de la demencia Alzheimer.

Otolith shape analysis as a tool for population discrimination of the white grunt (Haemulon plumieri) stock in the northern coast of the Yucatan Peninsula, Mexico

In this study, the population structure of the white grunt (Haemulon plumieri) from the northern coast of the Yucatan Peninsula was determined through an otolith shape analysis based on the samples collected in three locations: Celestún (N 20°49",W 90°25"), Dzilam (N 21°23", W 88°54") and Cancún (N 21°21",W 86°52"). The otolith outline was based on the elliptic Fourier descriptors, which indicated that the H. plumieri population in the northern coast of the Yucatan Peninsula is composed of three geographically delimited units (Celestún, Dzilam, and Cancún). Significant differences were observed in mean otolith shapes among all samples (PERMANOVA; F2, 99 = 11.20, P = 0.0002), and the subsequent pairwise comparisons showed that all samples were significantly differently from each other. Samples do not belong to a unique white grunt population, and results suggest that they might represent a structured population along the northern coast of the Yucatan Peninsula

El síndrome metabólico en el paciente renal

Se defi ne como síndrome metabólico al conjunto de factores que se dan en un individuo que le llevan a presentar resistencias a la insulina con hiperinsulinismo compensador que se asocia a trastornos del metabolismo hidrocarbonado, hipertensión arterial, alteraciones lipídicas y obesidad. Esta demostrado que este síndrome aumenta la posibilidad de padecer una enfermedad cardiovascular o diabetes mellitus por lo que se considera un factor de riesgo cardiovascular y de mortalidad en la población general. En pacientes...

White eye phenotypes and their genetic analysis

An interesting case for undergraduate students of general Genetics is to consider that different genes can produce the same or similar phenotypes. We present here an experiment to discover that the same phenotype could be produced by different genes, and then, to carry out the genetic analysis of these genes. For this laboratory study we have used the following Drosophila melanogaster strains: white (white eyes) and scarlet-brown (white eyes).

White eye phenotypes and their genetic analysis

An interesting case for undergraduate students of general Genetics is to consider that different genes can produce the same or similar phenotypes. We present here an experiment to discover that the same phenotype could be produced by different genes, and then, to carry out the genetic analysis of these genes. For this laboratory study we have used the following Drosophila melanogaster strains: white (white eyes) and scarlet-brown (white eyes).

Plan de cuidados para el paciente con Parkinson en tratamiento con L-Dopa intraduodenal

En 1817, James Parkinson describió por primera vez la enfermedad de Parkinson, quien la denominó"parálisis agitante" en alusión a los síntomas que provoca. Esta afección tiene una incidencia anual de 8-18 casos por cada 100.000 habitantes y afecta a personas mayores de 60 años, sin distinción sexual. Actualmente, no se dispone de ningún tratamiento médico ni quirúrgico que retrase su progresión. Por ello, el principal objetivo es intentar disminuir los síntomas y conseguir la independencia funcional del paciente. Los pacientes con Parkinson suelen recibir tratamiento a través de atención primaria y sólo recurren al hospital cuando presentan complicaciones de la enfermedad o para iniciar nuevas opciones de tratamiento. Uno de los tratamientos que se está utilizando actualmente es la administración de L-dopa intraduodenal a través de gastrostomía endoscópica percutánea. Esta opción de tratamiento se utiliza como alternativa al tratamiento con L-dopa en comprimidos cuando el paciente, tras una buena respuesta al tratamiento por vía oral (8-10 años), presenta un empeoramiento de la sintomatología que cursa con fluctuaciones motoras, en las que se alternan episodios de buena situación motora con incapacidad grave. En este artículo desarrollamos un plan de cuidados de un paciente con Parkinson en el que se ha decidido iniciar tratamiento con L-dopa intraduodenal. Entendemos que es importante conocer desde una óptica enfermera cuáles son los cuidados especiales que precisan este tipo de pacientes.

Parkinson"s disease DJ-1 L166P alters rRNA biogenesis by exclusion of TTRAP from the nucleolus and sequestration into cytoplasmic aggregates via TRAF6

Mutations in PARK7/DJ-1 gene are associated to autosomal recessive early onset forms of Parkinson"s disease (PD). Although large gene deletions have been linked to a loss-of-function phenotype, the pathogenic mechanism of missense mutations is less clear. The L166P mutation causes misfolding of DJ-1 protein and its degradation. L166P protein may also accumulate into insoluble cytoplasmic aggregates with a mechanism facilitated by the E3 ligase TNF receptor associated factor 6 (TRAF6). Upon proteasome impairment L166P activates the JNK/p38 MAPK apoptotic pathway by its interaction with TRAF and TNF Receptor Associated Protein (TTRAP). When proteasome activity is blocked in the presence of wild-type DJ-1, TTRAP forms aggregates that are localized to the cytoplasm or associated to nucleolar cavities, where it is required for a correct rRNA biogenesis. In this study we show that in post-mortem brains of sporadic PD patients TTRAP is associated to the nucleolus and to Lewy Bodies, cytoplasmic aggregates considered the hallmark of the disease. In SH-SY5Y neuroblastoma cells, misfolded mutant DJ-1 L166P alters rRNA biogenesis inhibiting TTRAP localization to the nucleolus and enhancing its recruitment into cytoplasmic aggregates with a mechanism that depends in part on TRAF6 activity. This work suggests that TTRAP plays a role in the molecular mechanisms of both sporadic and familial PD. Furthermore, it unveils the existence of an interplay between cytoplasmic and nucleolar aggregates that impacts rRNA biogenesis and involves TRAF6