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.

Elements of electro-biology, or the voltaic mechanism of man of electro-pathology, especially of the nervous system and of electro-therapeutics /

Mode of access: Internet.

The nervous system and its diseases. A practical treatise on neurology for the use of physicians and students.

Bibliographic index: p. 1013-1032.

Cardiotrophin-like cytokine/cytokine-like factor 1 is an essential trophic factor for lumbar and facial motoneurons in vivo

The ciliary neurotrophic factor alpha-receptor(CNTFRalpha) is required for motoneuron survival during development, but the relevant ligand(s) has not been determined. One candidate is the heterodimer formed by cardiotrophin-like cytokine (CLC) and cytokine-like factor 1 (CLF). CLC/CLF binds to CNTFRalpha and enhances the survival of developing motoneurons in vitro; whether this novel trophic factor plays a role in neural development in vivo has not been tested. We examined motor and sensory neurons in embryonic chicks treated with CLC and in mice with a targeted deletion of the clf gene. Treatment with CLC increased the number of lumbar spinal cord motoneurons that survived the cell death period in chicks. However, this effect was regionally specific, because brachial and thoracic motoneurons were unaffected. Similarly, newborn clf -/- mice exhibited a significant reduction in lumbar motoneurons, with no change in the brachial or thoracic cord. Clf deletion also affected brainstem motor nuclei in a regionally specific manner; the number of motoneurons in the facial but not hypoglossal nucleus was significantly reduced. Sensory neurons of the dorsal root ganglia were not affected by either CLC treatment or clf gene deletion. Finally, mRNA for both clc and clf was found in skeletal muscle fibers of embryonic mice during the motoneuron cell death period. These findings support the view that CLC/CLF is a target-derived factor required for the survival of specific pools of motoneurons. The in vivo actions of CLC and CLF can account for many of the effects of CNTFRalpha on developing motoneurons.

Functional recycling of C2 domains throughout evolution: A comparative study of synaptotagmin, protein kinase C and phospholipase C by sequence, structural and modelling approaches

The C2 domain is one of the most frequent and widely distributed calcium-binding motifs. Its structure comprises an eight-stranded beta-sandwich with two structural types as if the result of a circular permutation. Combining sequence, structural and modelling information, we have explored, at different levels of granularity, the functional characteristics of several families of C2 domains. At the coarsest level,the similarity correlates with key structural determinants of the C2 domain fold and, at the finest level, with the domain architecture of the proteins containing them, highlighting the functional diversity between the various subfamilies. The functional diversity appears as different conserved surface patches throughout this common fold. In some cases, these patches are related to substrate-binding sites whereas in others they correspond to interfaces of presumably permanent interaction between other domains within the same polypeptide chain. For those related to substrate-binding sites, the predictions overlap with biochemical data in addition to providing some novel observations. For those acting as protein-protein interfaces' our modelling analysis suggests that slight variations between families are a result of not only complementary adaptations in the interfaces involved but also different domain architecture. In the light of the sequence and structural genomic projects, the work presented here shows that modelling approaches along with careful sub-typing of protein families will be a powerful combination for a broader coverage in proteomics. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Dynamics of motor nerve terminal remodeling unveiled using SNARE-cleaving botulinum toxins: the extent and duration are dictated by the sites of SNAP-25 truncation

Nerve sprouts emerge from motor nerve terminals following blockade of exo-endocytosis for more than 3 days by botulinum neurotoxin (BoNT), and form functional synapses, albeit temporary. Upon restoration of synaptic activity to the parent terminal 7 and 90 days after exposure to BoNT/F or A respectively, a concomitant retraction of the outgrowths was observed. BoNT/E caused short-term neuroparalysis, and dramatically accelerated the recovery of BoNT/A-paralyzed muscle by further truncation of SNAP-25 and its replenishment with functional full-length SNARE. The removal of 9 C-terminal residues from SNAP-25 by BoNT/A leads to persistence of the inhibitory product due to the formation of a nonproductive SNARE complex(es) at release sites, whereas deletion of a further 17 amino acids permits replenishment and a speedy recovery. (C) 2003 Elsevier Science (USA). All rights reserved.

Vitamin D3 and brain development

Evidence for the presence of the vitamin D receptor in brain implies this vitamin may have some function in this organ. This study investigates whether vitamin D-3 acts during brain development. We demonstrate that rats born to vitamin D-3-deficient mothers had profound alterations in the brain at birth. The cortex was longer but not wider, the lateral ventricles were enlarged, the cortex was proportionally thinner and there was more cell proliferation throughout the brain. There were reductions in brain content of nerve growth factor and glial cell line-derived neurotrophic factor and reduced expression of p75(NTR), the low-affinity neurotrophin receptor. Our findings would suggest that low maternal vitamin D3 has important ramifications for the developing brain. (C) 2003 IBRO. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

A pathology of the animal spirits – the clinical neurology of Thomas Willis (1621–1675) Part II – Disorders of intrinsically abnormal animal spirits

Thomas Willis (1621-1675), author of the classical work Cerebri Anatome (1664), was arguably the father of the modern era of neurology. His clinical neurology, as described in his Pathologiae Cerebri (1667) and De Anima Brutorum (1672), was largely derived from personal observations and not from traditional authorities and was based around his concept of the animal spirits, a fictitious entity in many ways analogous to the present day idea of the nerve impulse. This concept allowed him to develop a pathology of the animal spirits which embraced the whole content of the clinical neurology and psychiatry of his times. The anatomical and physiological background to Willis' concepts of animal spirit dysfunction, and those disorders he regarded as due to disturbed function of intrinsically normal animal spirits, have been dealt with in the previous part of this paper. The disorders he attributed to intrinsically abnormal animal spirits, dealt with in this part of the paper, comprised two categories. In one, the animal spirits possessed explosive properties, whilst in the other the abnormalities were non-explosive in their nature. The former category included epilepsy, hysteria and hypochondriasis, whilst the latter included mainly disorders now considered psychiatric e.g. delirium, melancholy, madness and stupidity. Willis' ideas about the pathogenesis of nervous system disorder seem never to have been generally accepted, partly because they appeared at a time when others were increasingly calling into question the existence of the animal spirits. Nevertheless, Willis' attempt to record and interpret all nervous system disease on the basis of disorder of function of a single underlying mechanism represents a formidable synthetic intellectual endeavour on the part of a very busy physician. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Neuromuscular synapses mediate motor axon branching and motoneuron survival during the embryonic period of programmed cell death

The embryonic period of motoneuron programmed cell death (PCD) is marked by transient motor axon branching, but the role of neuromuscular synapses in regulating motoneuron number and axonal branching is not known. Here, we test whether neuromuscular synapses are required for the quantitative association between reduced skeletal muscle contraction, increased motor neurite branching, and increased motoneuron survival. We achieved this by comparing agrin and rapsyn mutant mice that lack acetylcholine receptor (AChR) clusters. There were significant reductions in nerve-evoked skeletal muscle contraction, increases in intramuscular axonal branching, and increases in spinal motoneuron survival in agrin and rapsyn mutant mice compared with their wild-type littermates at embryonic day 18.5 (E18.5). The maximum nerve-evoked skeletal muscle contraction was reduced a further 17% in agrin mutants than in rapsyn mutants. This correlated to an increase in motor axon branch extension and number that was 38% more in agrin mutants than in rapsyn mutants. This suggests that specializations of the neuromuscular synapse that ensure efficient synaptic transmission and muscle contraction are also vital mediators of motor axon branching. However, these increases in motor axon branching did not correlate with increases in motoneuron survival when comparing agrin and rapsyn mutants. Thus, agrin-induced synaptic specializations are required for skeletal muscle to effectively control motoneuron numbers during embryonic development. (C) 2003 Elsevier Science (USA). All rights reserved.

Human brain regions required for the dividing and switching of attention between two features of a single object

This combined PET and ERP study was designed to identify the brain regions activated in switching and divided attention between different features of a single object using matched sensory stimuli and motor response. The ERP data have previously been reported in this journal [64]. We now present the corresponding PET data. We identified partially overlapping neural networks with paradigms requiring the switching or dividing of attention between the elements of complex visual stimuli. Regions of activation were found in the prefrontal and temporal cortices and cerebellum. Each task resulted in different prefrontal cortical regions of activation lending support to the functional subspecialisation of the prefrontal and temporal cortices being based on the cognitive operations required rather than the stimuli themselves. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Repelling class discrimination: ephrin-A5 binds to and activates EphB2 receptor signaling

The interactions between Eph receptor tyrosine kinases and their ephrin ligands regulate cell migration and axon pathfinding. The EphA receptors are generally thought to become activated by ephrin-A ligands, whereas the EphB receptors interact with ephrin-B ligands. Here we show that two of the most widely studied of these molecules, EphB2 and ephrin-A5, which have never been described to interact with each other, do in fact bind one another with high affinity. Exposure of EphB2-expressing cells to ephrin-A5 leads to receptor clustering, autophosphorylation and initiation of downstream signaling. Ephrin-A5 induces EphB2-mediated growth cone collapse and neurite retraction in a model system. We further show, using X-ray crystallography, that the ephrin-A5-EphB2 complex is a heterodimer and is architecturally distinct from the tetrameric EphB2-ephrin-B2 structure. The structural data reveal the molecular basis for EphB2-ephrin-A5 signaling and provide a framework for understanding the complexities of functional interactions and crosstalk between A- and B-subclass Eph receptors and ephrins.

Case-only study of interactions between genetic polymorphisms of GSTM1, P1, T1 and Z1 and smoking in Parkinson's disease

Current opinion contends that complex interactions between genetic and environmental factors play a role in the etiology of Parkinson's disease (PD). Cigarette smoking is thought to reduce risk of PD, and emerging evidence suggests that genetic factors may modulate smoking's effect. We used a case-only design, an approach not previously used to study gene-environment interactions in PD, specifically to study interactions between glutathione-S-transferase (GST) gene polymorphisms and smoking in relation to PD. Four-hundred PD cases (age at onset: 60.0 +/- 10.7 years) were genotyped for common polymorphisms in GSTM1, PI, T1 and Z1 using well-established methods. Smoking exposure data were collected in face-to-face interviews. The independence of the studied GST genotypes and smoking exposure was confirmed by studying 402 healthy, aged individuals. No differences were observed in the distributions of GSTM1, T1 or Z1 polymorphisms between ever-smoked and never-smoked PD cases using logistic regression (all P > 0.43). However, GSTP1 *C haplotypes were over-represented among PD cases who ever smoked (odds ratio for interaction (ORi) = 2.00 (95% Cl: 1.11-3.60, P = 0.03)). Analysis revealed that ORi between smoking and the GSTP1-114Val carrier status increased with increasing smoking dose (P = 0.02 for trend). These data suggest that one or more GSTP1 polymorphisms may interact with cigarette smoking to influence the risk for PD. (C) 2004 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Sequence variation in the proximity of IDE may impact age at onset of both Parkinson disease and Alzheimer disease

We recently reported that a linkage disequilibrium (LD) block on chromosome 10q encompassing the gene encoding insulin-degrading enzyme (IDE) harbors sequence variants that associate with Alzheimer disease (AD). Evidence also indicated effects upon a number of quantitative indices of AD severity, including age-at-onset (AAO). Since linkage of this immediate region to AAO has been shown in both AD and Parkinson disease (PD), we have explored the possibility that polymorphism within this LD block might also influence PD. Utilizing single nucleotide polymorphisms that delineate common haplotypes from this region, we observed significant evidence of association with AAO in an Australian PD case-control sample. Analyses were complemented with AAO data from two independent Swedish AD case samples, for which previously reported findings were replicated. Results were consistent between AD and PD, suggesting the presence of equivalent detrimental and protective alleles. These data highlight a genomic region in the proximity of IDE that may contribute to AD and PD in a similar manner.

Tau haplotypes regulate transcription and are associated with Parkinson's disease

A primary haplotype (H1) of the microtubule-associated protein Tau (MAPT) gene is associated with Parkinson's disease (PD). However, the mechanism for disease susceptibility remains unknown. We examined the promoter region of MAPT and identified single nucleotide polymorphisms and insertions of 1 to 11 nucleotides. These polymorphisms corresponded to the previously characterized haplotypes, H1 and H2, as well as a novel variant of the H1 haplotype, H1'. As observed in other studies, we demonstrated a significant association with the H1/H1 promoter genotype and PD in a cohort of 206 idiopathic late-onset cases. This is in contrast with a panel of 13 early-onset PD patients, for whom we did not detect any mutations in MAPT. By examining single nucleotide polymorphisms in adjacent genes, we showed that linkage disequilibrium does not extend beyond the MAPT haplotype to neighboring genes. To define the mechanism of disease susceptibility, we examined the transcriptional activity of the promoter haplotypes using a luciferase reporter assay. We demonstrated in two human cell lines, SK-N-MC and 293, that the H1 haplotype was more efficient at driving gene expression than the H2 haplotype. Our data suggest that an increase in expression of the MAPT gene is a susceptibility factor in idiopathic PD.