Protracted treatment with MDMA induces heteromeric nicotinic receptor up-regulation in rat brain: an autoradiography study.

Previous studies indicate that 3,4-methylenedioxy-methamphetamine (MDMA, ecstasy) can induce heteromeric nicotinic acetylcholine receptor (nAChR, mainly of α4β2 subtype) up-regulation. In this study we treated Sprague-Dawley rats twice-daily for 10 days with either saline or MDMA (7 mg/kg) and killed them on day 11 to perform [125I]epibatidine binding autoradiograms on serial coronal slices. Results showed significant increases in nAChR density in the substantia nigra, ventral tegmental area, nucleus accumbens, olfactory tubercle, anterior caudate-putamen, somatosensory cortex, motor cortex, auditory cortex, retrosplenial cortex, laterodorsal thalamus nuclei, amygdala, postsubiculum and pontine nuclei. These increases ranged from 3% (retrosplenial cortex) to 30 and 33% (amygdala and substantia nigra). No increased α4 subunit immunoreactivity was found in up-regulated areas compared with saline-treated rats, suggesting a post-translational mechanism as occurs with nicotine. The percentage of up-regulation correlated positively with the density of serotonin transporters, according to the serotonergic profile of MDMA. The heteromeric nAChR increase in concrete areas could account, at least in part, for the reinforcing, sensitizing and psychiatric disorders observed after long-term treatment with MDMA.

Protracted treatment with MDMA induces heteromeric nicotinic receptor up-regulation in rat brain: an autoradiography study.

Previous studies indicate that 3,4-methylenedioxy-methamphetamine (MDMA, ecstasy) can induce heteromeric nicotinic acetylcholine receptor (nAChR, mainly of α4β2 subtype) up-regulation. In this study we treated Sprague-Dawley rats twice-daily for 10 days with either saline or MDMA (7 mg/kg) and killed them on day 11 to perform [125I]epibatidine binding autoradiograms on serial coronal slices. Results showed significant increases in nAChR density in the substantia nigra, ventral tegmental area, nucleus accumbens, olfactory tubercle, anterior caudate-putamen, somatosensory cortex, motor cortex, auditory cortex, retrosplenial cortex, laterodorsal thalamus nuclei, amygdala, postsubiculum and pontine nuclei. These increases ranged from 3% (retrosplenial cortex) to 30 and 33% (amygdala and substantia nigra). No increased α4 subunit immunoreactivity was found in up-regulated areas compared with saline-treated rats, suggesting a post-translational mechanism as occurs with nicotine. The percentage of up-regulation correlated positively with the density of serotonin transporters, according to the serotonergic profile of MDMA. The heteromeric nAChR increase in concrete areas could account, at least in part, for the reinforcing, sensitizing and psychiatric disorders observed after long-term treatment with MDMA.

Protracted treatment with MDMA induces heteromeric nicotinic receptor up-regulation in rat brain: an autoradiography study.

Previous studies indicate that 3,4-methylenedioxy-methamphetamine (MDMA, ecstasy) can induce heteromeric nicotinic acetylcholine receptor (nAChR, mainly of α4β2 subtype) up-regulation. In this study we treated Sprague-Dawley rats twice-daily for 10 days with either saline or MDMA (7 mg/kg) and killed them on day 11 to perform [125I]epibatidine binding autoradiograms on serial coronal slices. Results showed significant increases in nAChR density in the substantia nigra, ventral tegmental area, nucleus accumbens, olfactory tubercle, anterior caudate-putamen, somatosensory cortex, motor cortex, auditory cortex, retrosplenial cortex, laterodorsal thalamus nuclei, amygdala, postsubiculum and pontine nuclei. These increases ranged from 3% (retrosplenial cortex) to 30 and 33% (amygdala and substantia nigra). No increased α4 subunit immunoreactivity was found in up-regulated areas compared with saline-treated rats, suggesting a post-translational mechanism as occurs with nicotine. The percentage of up-regulation correlated positively with the density of serotonin transporters, according to the serotonergic profile of MDMA. The heteromeric nAChR increase in concrete areas could account, at least in part, for the reinforcing, sensitizing and psychiatric disorders observed after long-term treatment with MDMA.

Atypical coordination of cortical oscillations in response to speech in autism.

Subjects with autism often show language difficulties, but it is unclear how they relate to neurophysiological anomalies of cortical speech processing. We used combined EEG and fMRI in 13 subjects with autism and 13 control participants and show that in autism, gamma and theta cortical activity do not engage synergistically in response to speech. Theta activity in left auditory cortex fails to track speech modulations, and to down-regulate gamma oscillations in the group with autism. This deficit predicts the severity of both verbal impairment and autism symptoms in the affected sample. Finally, we found that oscillation-based connectivity between auditory and other language cortices is altered in autism. These results suggest that the verbal disorder in autism could be associated with an altered balance of slow and fast auditory oscillations, and that this anomaly could compromise the mapping between sensory input and higher-level cognitive representations.

Transcranial Direct Current Stimulation for the Treatment of Chronic Tinnitus: A Randomized Controlled Study.

BACKGROUND: Tinnitus is an often disabling condition for which there is no effective therapy. Current research suggests that tinnitus may develop due to maladaptive plastic changes and altered activity in the auditory and prefrontal cortex. Transcranial direct current stimulation (tDCS) modulates brain activity and has been shown to transiently suppress tinnitus in trials. OBJECTIVE: To investigate the efficacy and safety of tDCS in the treatment of chronic subjective tinnitus. METHODS: In a randomized, parallel, double-blind, sham-controlled study, the efficacy and safety of cathodal tDCS to the auditory cortex with anode over the prefrontal cortex was investigated in five sessions over five consecutive days. Tinnitus was assessed after the last session on day 5, and at follow-up visits 1 and 3 months post stimulation using the Tinnitus Handicap Inventory (THI, primary outcome measure), Subjective Tinnitus Severity Scale, Hospital Anxiety and Depression scale, Visual Analogue Scale, and Clinical Global Impression scale. RESULTS: 42 patients were investigated, 21 received tDCS and 21 sham stimulation. There were no beneficial effects of tDCS on tinnitus as assessed by primary and secondary outcome measures. Effect size assessed with Cohen's d amounted to 0.08 (95% CI: -0.52 to 0.69) at 1 month and 0.18 (95% CI: -0.43 to 0.78) at 3 months for the THI. CONCLUSION: tDCS of the auditory and prefrontal cortices is safe, but does not improve tinnitus. Different tDCS protocols might be beneficial.

Bases cérébrales de la perception auditive simple et complexe dans l’autisme

La perception est décrite comme l’ensemble des processus permettant au cerveau de recueillir et de traiter l’information sensorielle. Un traitement perceptif atypique se retrouve souvent associé au phénotype autistique habituellement décrit en termes de déficits des habilités sociales et de communication ainsi que par des comportements stéréotypés et intérêts restreints. Les particularités perceptives des autistes se manifestent à différents niveaux de traitement de l’information; les autistes obtiennent des performances supérieures à celles des non autistes pour discriminer des stimuli simples, comme des sons purs, ou encore pour des tâches de plus haut niveau comme la détection de formes enchevêtrées dans une figure complexe. Spécifiquement pour le traitement perceptif de bas niveau, on rapporte une dissociation de performance en vision. En effet, les autistes obtiennent des performances supérieures pour discriminer les stimuli définis par la luminance et inférieures pour les stimuli définis par la texture en comparaison à des non autistes. Ce pattern dichotomique a mené à l’élaboration d’une hypothèse suggérant que l’étendue (ou complexité) du réseau de régions corticales impliquées dans le traitement des stimuli pourrait sous-tendre ces différences comportementales. En effet, les autistes obtiennent des performances supérieures pour traiter les stimuli visuels entièrement décodés au niveau d’une seule région corticale (simples) et inférieures pour les stimuli dont l’analyse requiert l’implication de plusieurs régions corticales (complexes). Un traitement perceptif atypique représente une caractéristique générale associée au phénotype autistique, avec de particularités rapportées tant dans la modalité visuelle qu’auditive. Étant donné les parallèles entre ces deux modalités sensorielles, cette thèse vise à vérifier si l’hypothèse proposée pour expliquer certaines particularités du traitement de l’information visuelle peut possiblement aussi caractériser le traitement de l’information auditive dans l’autisme. Le premier article (Chapitre 2) expose le niveau de performance des autistes, parfois supérieur, parfois inférieur à celui des non autistes lors du traitement de l’information auditive et suggère que la complexité du matériel auditif à traiter pourrait être en lien avec certaines des différences observées. Le deuxième article (Chapitre 3) présente une méta-analyse quantitative investiguant la représentation au niveau cortical de la complexité acoustique chez les non autistes. Ce travail confirme l’organisation fonctionnelle hiérarchique du cortex auditif et permet d’identifier, comme en vision, des stimuli auditifs pouvant être définis comme simples et complexes selon l’étendue du réseau de régions corticales requises pour les traiter. Le troisième article (Chapitre 4) vérifie l’extension des prédictions de l’hypothèse proposée en vision au traitement de l’information auditive. Spécifiquement, ce projet compare les activations cérébrales sous-tendant le traitement des sons simples et complexes chez des autistes et des non autistes. Tel qu’attendu, les autistes montrent un patron d’activité atypique en réponse aux stimuli complexes, c’est-à-dire ceux dont le traitement nécessitent l’implication de plusieurs régions corticales. En bref, l’ensemble des résultats suggèrent que les prédictions de l’hypothèse formulée en vision peuvent aussi s’appliquer en audition et possiblement expliquer certaines particularités du traitement de l’information auditive dans l’autisme. Ce travail met en lumière des différences fondamentales du traitement perceptif contribuant à une meilleure compréhension des mécanismes d’acquisition de l’information dans cette population.

Traitement vocal et vieillissement normal : apports comportementaux et neurofonctionnels

La voix est tout sauf un stimulus auditif ordinaire. Pour cause, elle prend son importance de manière très précoce chez l’Homme lorsque, dans l’environnement amniotique, le fœtus entend pour la toute première fois la voix de sa mère. C’est en quelque sorte par l’intermédiaire de cette voix que les premiers contacts avec le monde extérieur, mais également avec l’Autre, s’effectuent. Le statut particulier de la voix humaine perdure au fil du développement, devenant plus tard le principal médium véhiculant le langage oral, si significatif pour l’Homme. En parallèle, et de manière tout aussi adaptative, elle permet la transmission d’informations non langagières renseignant sur l’identité, l’état émotionnel mais également le statut social de chaque individu. C’est ainsi que simplement en entendant la voix d’une personne inconnue, il est généralement possible d’en extrapoler son âge, son genre, mais également d’avoir une idée assez précise de l’état émotionnel dans lequel elle se trouve. Les capacités permettant d’extraire de la voix les divers éléments informationnels qu’elle contient ne seraient toutefois pas stables au fil du temps. Ainsi, le vieillissement normal semble associé à des difficultés de traitement des informations vocales de nature langagière, mais également non langagière. De nombreuses études se sont intéressées au déclin des capacités de traitement du discours avec l’âge. Beaucoup moins de travaux ont cependant considéré les conséquences du vieillissement sur le domaine paralinguistique et, lorsque des travaux s’y sont attardés, c’est essentiellement la sphère affective qui a été investiguée. En raison de ce peu d’études, mais également de leur focus portant spécifiquement sur la sphère émotionnelle, il est extrêmement ardu de généraliser les résultats obtenus au traitement vocal général. La présente thèse s’est donc intéressée aux capacités de traitement de la voix dans le vieillissement normal. La première étude de cette thèse (Article 1) avait pour objectif d’évaluer l’impact du vieillissement normal sur les capacités comportementales de traitement paralinguistique vocal non émotionnel. Pour ce faire, une batterie informatisée composée de quatre tâches a été élaborée : la batterie d’évaluation de la perception vocale (Batterie EPV; tâches de catégorisation de genre, de discrimination de sources sonores, adaptative de discrimination et de mémorisation). Cette batterie permettait de comparer les performances d’adultes jeunes et âgés lors du traitement de stimuli vocaux et non vocaux, mais également lors du traitement de divers stimuli vocaux. Cette première étude met en évidence, pour trois des quatre tâches comportementales, des performances inférieures chez les adultes âgés et ce, malgré le contrôle statistique des contributions du déclin auditif et cognitif. Pour les aînés, le traitement de stimuli vocaux, en comparaison au traitement de stimuli non vocaux, n’était toutefois pas systématiquement inférieur à celui des jeunes adultes. Sans que les performances ne puissent être prédites par la mesure cognitive utilisée comme covariable (performances au MoCA), il appert que les demandes cognitives inhérentes aux tâches participent à ces différences intergroupes. Le second article de ce travail visait quant à lui à explorer à l’aide de l’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf), l’influence du vieillissement normal sur les réseaux neuronaux sous-tendant le traitement de l’information vocale, une telle investigation n’ayant jamais été effectuée auparavant. Pour ce faire, une tâche d’écoute passive (permettant le contraste de blocs de sons vocaux et non vocaux) ainsi qu’une tâche adaptative de discrimination ont été utilisées. La tâche adaptative, basée sur une type de protocole psycoacoustique « up-down », assurait l’obtention de niveau de performance équivalent entre les deux groupes, une condition nécessaire pour la comparaison de groupe au niveau neurofonctionnel. La comparaison des adultes jeunes et âgés n’a mis en évidence aucune disparité quant au recrutement des aires répondant préférentiellement à la voix : les aires vocales temporales (AVT). Ce résultat suggère que l’âge n’affecte pas la mobilisation des aires spécialisées dans le traitement de la voix. Néanmoins, à l’extérieur des AVT et chez les aînés, le sous recrutement d’une portion du cortex auditif a été observé, en parallèle au recrutement additionnel de régions pariétale, temporale et frontale (Article 2 – Étude 1). Lors de la réalisation d’une tâche adaptative de discrimination, contrairement à ce qui était attendu, les seuils de discrimination des deux groupes d’âges étaient comparables. Pour effectuer la tâche, les participants âgés ont cependant recruté un réseau neuronal plus étendu que celui des jeunes adultes, et pour les aînés, l’activation additionnelle de régions frontale et temporale sous-tendaient la réalisation de la tâche (Article 2 - Étude 2). Les données comportementales présentées dans cette thèse suggèrent que l’effet délétère que semble avoir le vieillissement normal sur les capacités de traitement paralinguistique vocal affectif est également retrouvé lors du traitement d’informations vocales émotionnellement neutres. En parallèle, la mise en place de phénomènes de plasticité cérébrale est objectivée. Ces derniers ne toucheraient cependant pas les réseaux spécialisés dans le traitement de la voix, qui seraient recrutés de manière comparable par les adultes jeunes et âgés. Néanmoins, la tâche d’écoute passive a mis en évidence la présence, chez les aînés, du recrutement sous-optimal d’une portion du cortex auditif (gyrus temporal transverse). En parallèle, et ce pour les deux tâches, des réseaux neuronaux surnuméraires étaient sollicitées par les adultes âgés, permettant potentiellement d’assurer, chez les ainés, le maintien de performances adéquates.

Constrained principal component analysis reveals functionally connected load-dependent networks involved in multiple stages of working memory

Constrained principal component analysis (CPCA) with a finite impulse response (FIR) basis set was used to reveal functionally connected networks and their temporal progression over a multistage verbal working memory trial in which memory load was varied. Four components were extracted, and all showed statistically significant sensitivity to the memory load manipulation. Additionally, two of the four components sustained this peak activity, both for approximately 3 s (Components 1 and 4). The functional networks that showed sustained activity were characterized by increased activations in the dorsal anterior cingulate cortex, right dorsolateral prefrontal cortex, and left supramarginal gyrus, and decreased activations in the primary auditory cortex and "default network" regions. The functional networks that did not show sustained activity were instead dominated by increased activation in occipital cortex, dorsal anterior cingulate cortex, sensori-motor cortical regions, and superior parietal cortex. The response shapes suggest that although all four components appear to be invoked at encoding, the two sustained-peak components are likely to be additionally involved in the delay period. Our investigation provides a unique view of the contributions made by a network of brain regions over the course of a multiple-stage working memory trial.

Atypically rightward cerebral asymmetry in male adults with autism stratifies individuals with and without language delay

In humans, both language and fine motor skills are associated with left-hemisphere specialization, whereas visuospatial skills are associated with right-hemisphere specialization. Individuals with autism spectrum conditions (ASC) show a profile of deficits and strengths that involves these lateralized cognitive functions. Here we test the hypothesis that regions implicated in these functions are atypically rightward lateralized in individuals with ASC and, that such atypicality is associated with functional performance. Participants included 67 male, right-handed adults with ASC and 69 age- and IQ-matched neurotypical males. We assessed group differences in structural asymmetries in cortical regions of interest with voxel-based analysis of grey matter volumes, followed by correlational analyses with measures of language, motor and visuospatial skills. We found stronger rightward lateralization within the inferior parietal lobule and reduced leftward lateralization extending along the auditory cortex comprising the planum temporale, Heschl's gyrus, posterior supramarginal gyrus, and parietal operculum, which was more pronounced in ASC individuals with delayed language onset compared to those without. Planned correlational analyses showed that for individuals with ASC, reduced leftward asymmetry in the auditory region was associated with more childhood social reciprocity difficulties. We conclude that atypical cerebral structural asymmetry is a potential candidate neurophenotype of ASC

Expressão de genes imediatos induzidos por vocalizações em sagüis-comuns (Callithrix jacchus)

Immediate-early genes (IEGs) expression has been widely used as a valuable tool to investigate brain areas activated by specific stimuli. Studies of natural vocalizations, specially in songbirds, have largely benefited from this tool. Here we used IEGs expression to investigate brain areas activated by the hearing of conspecific common marmoset (Callithrix jacchus) vocalizations and/or utterance of antiphonal vocalizations. Nine adult male common marmosets were housed in sound-attenuating cages. Six animals were stimulated with playbacks of freely recorded natural long distance vocalizations (phee calls and twitters; 45 min. total duration). Three of them vocalized in response (O/V group) and three did not (O/n group). The control group (C) was composed by the remaining animals, which neither heard the playbacks nor spontaneously vocalized. After one hour of the stimulation onset (or no stimulation, in the case of the C group), animals were perfused with 0,9% phosphate-saline buffer and 4% paraformaldehyde. The tissue was coronally sectioned at 20 micro meter in a cryostat and submitted to immunohistochemistry for the IEGs egr-1 and c-fos. Marked immunoreactivity was observed in the auditory cortex of O/V and O/n subjects and in the anterior cingulate cortex, the dorsomedial prefrontal cortex and the ventrolateral prefrontal cortex of O/V subjects. In this study, brain areas activated by vocalizations of common marmosets were investigated using IEGs expression for the first time. Our results with the egr-1 gene indicate that potential plastic phenomena occur in areas related to hearing and uttering conspecific vocalizations.

Potencial cognitivo P300 em indivíduos com diabetes mellitus

Diabetes Mellitus may lead to alterations in the eyes, kidneys, cranial nerves, peripheral nerves, ears etc. The cognitive function, also, seems to be compromised in subjects presented with Diabetes Mellitus, since the cortical and subcortical structures responsible for this function are hindered in some insulin-dependent patients. The cognitive potential P300 has been used as an objective procedure to assess cerebral cognitive functions. Objective: Analyze the sensitivity of P300 cognitive potential for the detection of alterations on the auditory cortex secondary to Diabetes Mellitus. Study design: transversal cohort. Material and Method: Sixteen diabetic subjects of both genders aged 7 to 71 years, and seventeen non-diabetic individuals at the same age range participated in this study, the evaluation procedures were pure tone audiometry (PTA) and P300 cognitive potential. Glycemia of the group presented with Diabetes was assessed prior to applying the P300. Results: No statistically significant difference was shown for the PTA results. A statically significant difference was observed between groups when analyzing the latency of the P300 component measured in Fz. there was a correlation between glycemia and the latency and amplitude of P300. Conclusion: The investigation of the cognitive potential of P300 is an important procedure for the prevention and early diagnosis of neurological changes in individuals presented with Diabetes Mellitus.

PSEN1 and PSEN2 Gene Expression in Alzheimer's Disease Brain: A New Approach

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

P300 in individuals with sensorineural hearing loss

INTRODUCTION: Behavioral and electrophysiological auditory evaluations contribute to the understanding of the auditory system and of the process of intervention. OBJECTIVE: To study P300 in subjects with severe or profound sensorineural hearing loss. METHODS: This was a descriptive cross-sectional prospective study. It included 29 individuals of both genders with severe or profound sensorineural hearing loss without other type of disorders, aged 11 to 42 years; all were assessed by behavioral audiological evaluation and auditory evoked potentials. RESULTS: A recording of the P3 wave was obtained in 17 individuals, with a mean latency of 326.97 ms and mean amplitude of 3.76 V. There were significant differences in latency in relation to age and in amplitude according to degree of hearing loss. There was a statistically significant association of the P300 results with the degrees of hearing loss (p = 0.04), with the predominant auditory communication channels (p < 0.0001), and with time of hearing loss. CONCLUSIONS: P300 can be recorded in individuals with severe and profound congenital sensorineural hearing loss; it may contribute to the understanding of cortical development and is a good predictor of the early intervention outcome.

Neuronal Correlates of Perception, Imagery, and Memory for Familiar Tunes

We used fMRI to investigate the neuronal correlates of encoding and recognizing heard and imagined melodies. Ten participants were shown lyrics of familiar verbal tunes; they either heard the tune along with the lyrics, or they had to imagine it. In a subsequent surprise recognition test, they had to identify the titles of tunes that they had heard or imagined earlier. The functional data showed substantial overlap during melody perception and imagery, including secondary auditory areas. During imagery compared with perception, an extended network including pFC, SMA, intraparietal sulcus, and cerebellum showed increased activity, in line with the increased processing demands of imagery. Functional connectivity of anterior right temporal cortex with frontal areas was increased during imagery compared with perception, indicating that these areas form an imagery-related network. Activity in right superior temporal gyrus and pFC was correlated with the subjective rating of imagery vividness. Similar to the encoding phase, the recognition task recruited overlapping areas, including inferior frontal cortex associated with memory retrieval, as well as left middle temporal gyrus. The results present new evidence for the cortical network underlying goal-directed auditory imagery, with a prominent role of the right pFC both for the subjective impression of imagery vividness and for on-line mental monitoring of imagery-related activity in auditory areas.