1、吗啡成瘾及吗啡对其他学习记忆的影响 2、老年猕猴初级视觉皮层细胞时间及空间特性的改变

一、 药物滥用是一种慢性、复发性脑疾病。药物滥用将导致药物成瘾（addiction），其主要表现有药物依赖、药物耐受、药物敏感化以及药物停用后的戒断症状（withdraw symptom）。药物成瘾的核心特征是强迫性觅药和用药行为。药物成瘾会导致药物滥用者认知功能的损伤和认知偏差，并会造成滥用者情绪异常。药物成瘾是一个复杂的生物学过程，有着及其复杂的机理。对药物成瘾机制的解释有很多种，主要认为成瘾过程是一种学习记忆过程，学习记忆的机制在药物成瘾过程中起到了非常重要的作用。首先，学习记忆和药物成瘾过程都受到了相似的神经营养因子以及神经递质系统的调控，例如：它们都受cAMP，CREB等调控因子的调控。其次，研究发现与成瘾相关的线索，如用药有关的人物、地点或暗示等，在药物戒断很长时间后都会恢复吸毒者的用药行为。并且，当把与成瘾相关的线索呈现给毒品戒断中的人时，这些人会出现心率、呼吸加快，血压升高等现象，甚至表现出明显的渴求行为。药物对学习记忆的影响是复杂的，虽然重复使用药物会导致药物成瘾，并且这个过程需要学习记忆机制的参与，但同时使用吗啡却会对其他类型的学习记忆（如：恐惧性学习记忆、一次性被动回避学习记忆和水迷宫空间学习记忆）造成破坏。学习前给予吗啡可以剂量及状态依赖地破坏被动回避试验以及空间辨别试验的记忆获取过程。学习过程结束后立即给予吗啡可以破坏一次性被动回避试验、主动回避试验和恐惧条件化试验的记忆巩固过程。测试前给予吗啡可以破坏空间辨别试验的记忆提取过程。本研究的目的在于更进一步地了解使用吗啡导致吗啡成瘾以及使用吗啡导致学习记忆的各个阶段受损的机制。为此我们采用了药理学以及多种行为学的方法，1、用PTZ诱发的癫痫持续状态干扰吗啡成瘾的学习记忆过程，进一步比较了吗啡成瘾的学习记忆与其他学习记忆，例如：空间学习记忆以及食物奖赏学习记忆的机制有何异同；2、研究了β-肾上腺素系统与阿片系统在空间记忆巩固过程中的相互作用；3、我们还研究了NMDA受体的激动剂和拮抗剂在吗啡破坏空间记忆提取过程中的作用。研究结果发现： 1．戊四唑诱发的癫痫持续状态，对吗啡建立的条件化位置偏好没有任何影响，动物仍然对阳性箱（吗啡匹配箱）表现出明显的偏好。但是癫痫持续状态破坏了食物建立的条件化位置偏好，并且还破坏了水迷宫和Y迷宫检测的空间记忆。癫痫持续状态破坏了食物建立的条件化位置偏好，原因不是由于其影响了动物的食欲。此外，癫痫持续状态也没有持续地破坏动物的活动能力，因此，对动物活动量的影响也不是造成其他学习记忆破坏的原因。这些结果说明，吗啡成瘾的学习记忆和普通的学习记忆在机制上可能存在不同之处。为了说明这个问题，我们还需要进行其他更深入的研究。 2、训练后立即单独注射吗啡（0.25和2.5 mg/kg）或心得安（2，10和20 mg/kg）都不会破坏动物Y-迷宫空间记忆的巩固过程，动物仍然能识别新异环境，并在里面停留较长时间。但是，训练后同时注射吗啡和心得安却可以破坏动物空间记忆的巩固过程。并且，较高剂量的吗啡（2.5 mg/kg）加上较高剂量的心得安（10和20 mg/kg）对记忆的破坏更严重，实验组动物在新异环境停留的时间显著低于对照组。这说明阿片系统和去甲肾上腺素系统在破坏记忆巩固的过程中可能有协同作用。 3、记忆提取前30分钟注射吗啡（1和10 mg/kg）可以剂量依赖地破坏Y-迷宫空间记忆的提取。单独注射NMDA受体的激动剂NMDA（1，2和4 mg/kg）对动物的空间记忆提取没有影响，但是，单独注射NMDA受体拮抗剂MK-801（0.05，0.1和0.2 mg/kg）剂量依赖地破坏了空间记忆的提取。同时注射吗啡（10 mg/kg）和NMDA（2 mg/kg）可以阻断吗啡对空间记忆造成的破坏作用。相反，共同注射吗啡（1 mg/kg）和MK-801（0.05 mg/kg）可以加重吗啡对空间记忆造成的破坏作用。这说明谷氨酸系统可以干扰吗啡对记忆提取过程的影响。 二、衰老严重地影响了人们的视觉功能，然而眼睛光学系统的老年性改变并不能完全解释清楚这种视觉功能衰退。一般认为是神经系统的退化导致了这种老年性功能降低。但是，研究显示视网膜（retina）和外膝体（dorsal lateral geniculate nucleus, dLGN）在衰老的过程中神经元的数量和体积以及神经元的功能特性，如对比度敏感性、空间分辨率等，都没有明显的变化，因此，人们推测老化导致的神经系统的变化发生在更高级的视觉皮层。过去几年的研究发现老年动物视觉皮层细胞发生了一系列反应特性的改变，如：老年动物皮层细胞的方向选择性和方位选择性降低以及细胞反应的潜伏期延长。这些细胞水平的变化被认为是老年性视觉功能衰退的神经机制。为了更全面地了解衰老过程对视觉皮层的影响以及细胞反应改变与整体功能降低之间的关系，本研究采用活体动物细胞外单位记录的方法，比较了青年和老年猕猴初级视觉皮层细胞时间反应特性和空间反应特性的差异。研究结果发现：老年动物初级视觉皮层细胞的时间频率和空间频率敏感性明显比年轻动物降低。表现为老年动物初级视觉皮层细胞的最优时间和空间频率、空间分辨率（spatial resolution, SR）和较高时间截至频率（high temporal frequency cut-off, TF50）都显著低于年轻动物初级视觉皮层细胞，同时伴随着这些功能的降低，老年动物初级视觉皮层细胞的自发放增加，对视觉刺激的反应增加，但是信噪比却显著降低。这些结果表明，老年动物初级视觉皮层细胞的功能在老化过程中都普遍降低。这可能是导致老年人视觉功能降低的原因。

条件反射性免疫抑制及其脑机制的c-fos研究

To explore the neural mechanisms underlying conditioned immunomodulation, this study employed the classical taste aversion (CTA) behavioral paradigm to establish the conditioned humoral and cellular immunosuppression (CIS) in Wistar rats, by paring saccharin (CS) with intraperitoneal (i.p.) injection of an immunosuppressive drug cyclophophamide (UCS). C-fos immunohistochemistry method was used to observe the changes of the neuronal activities in the rat brain during the acquisition, expression and extinction of the conditioned immunosuppression (CIS). The followings are the main results: 1. Five days after one trial of CS-UCS paring, reexposure to CS alone significantly decreased the level of the anti-ovalbumin (OVA) IgG in the peripheral serum. Two trials of CS-UCS paring and three reexposures to CS not only resulted in further suppression of the primary immune response, but also reduced the numbers of peripheral lymphocytes and white blood cells. This finding indicates that CS can induce suppression of the immune function, and the magnitude of the effects is dependent on the intensity of training. 2. On day 5 following two trials of CS-UCS pairing, CS suppressed the spleen lymphocytes responsiveness to mitogens ConA, PHA and PWM, and decreased the numbers of peripheral lymphocytes and white blood cells. On day 15, only PHA induced lymphocyte proliferation was suppressed by CS. On day 30, presentation of CS did not have any effect on these immune parameters. These results suggest that the conditioned suppression of the cellular immune function can retain 5-15 days, and extinct after 30 days. 3. CTA was easily induced by one or two CS-UCS parings, and remained robust even after 30 days. These data demonstrate that CIS can be dissociated from CTA, and they may be mediated by different neural mechanisms. 4. Immunohistochemistry assays revealed a broad pattern of c-fos expression throughout the rat brain following the CS-UCS pairing and reexposure to CS, suggesting that many brain regions are involved in CIS. Some brain areas including the solitary tract nucleus (Sol), lateral parabrachial nucleus (LPB) and insular cortex (IC), showed high level c-fos expressions in response to both CS and UCS, suggesting that they may be involved in the transmission and integration of the CS and UCS signals in the brain. There were dense c-FOS positive neurons in the paraverntricular nucleus (PVN) and supraoptic nucleus (SO) of hypothalamus, subfornical organ (SFO) and area postrema (AP) etc. after two trials of CS-UCS paring and after the reexposure to CS 5 days later, but not in the first training and after the extinction of CIS (30 days later). The results reflect that these nuclei may have an important role in CIS expression, and may also response to the immunosuppression of UCS. The conditioned training and reexposure to CS 5 days later induced high level c-fos expression in the cingulate cortex (Cg), central amygdaloid nucleus (Ce), intermediate part of lateral septal nucleus (LSI) and ventrolateral parabrachial nucleus (VLPB) etc. But c-fos induction was not apparent when presenting CS 30 days later. These brain regions are mainly involved in CIS, and may be critical structures in the acquisition and expression of CIS. Some brain regions, including the frontal cortex (Fr), ventral orbital cortex (VO), IC, perirhinal cortex (PRh), LPB and the medial part of solitary nucleus (SolM), showed robust c-FOS expression following the conditioning training and reexposure to CS both on day 5 and day 30, suggesting that they are critically involved in CTA.

情绪应激对大鼠体液免疫功能的影响及其机制

This study was undertaken to investigate the effect of emotional stress on humoral immunoactivity and to examine whether the sympathetic nervous system was involved in the immunomodulation. In the present study, two types of emotional stressors were used. One was footshock apparatus used to cause the rats which were given footshock before, emotional stressed; the other was an empty water bottle used to cause the rats which were trained to drink water at two set times each day, emotional stressed. The effect of emotional stress on the primary immune function (anti-ovallum antibody level and spleen index), the endocrine response (corticosterone level, epinephrine and norepinephrine level), the behavioral changes (freezing, defecation, grooming and attacking behavior) were investigated. The main results were: 1. Two types of emotional stress significantly increased the level of plasma corticosterone, norepinephrine and epinephrine, as well as freezing, defecation and attacking behavior. 2. Two types of emotional stress significantly decreased the level of anti-ovallum antibody. A negative correlation between catecholamine level (epinephrine and norepinephrine) and antibody level or spleen index was found. 3. β-adrenergic receptor antagonist propranolol could reverse the immunomodulation induced by emotional stress. 4. After two types of emotional stress, c-fos expression was observed in the following brain areas or nucleus; arcuate nucleus, anterior commissure nucleus, diffuse part of dorsalmedial nucleus hypothalamus, lateral dorsal nucleus thalamus, medial nucleus amygdala, solitary nucleus, frontal cortex and cingulum. These brain areas and nucleus are involved in the central modulation of the autonomic nervous system. Taken together, these findings demonstrate that emotional stress can suppress humoral immunity and the activation of the sympathetic nervous system is involved in the humoral immunomodulation induced by emotional stress.

Modeling the Possible Influences of Eye Movements on the Refinement of Cortical Direction Selectivity

The second-order statistics of neural activity was examined in a model of the cat LGN and V1 during free-viewing of natural images. In the model, the specific patterns of thalamocortical activity required for a Bebbian maturation of direction-selective cells in VI were found during the periods of visual fixation, when small eye movements occurred, but not when natural images were examined in the absence of fixational eye movements. In addition, simulations of stroboscopic reming that replicated the abnormal pattern of eye movements observed in kittens chronically exposed to stroboscopic illumination produced results consistent with the reported loss of direction selectivity and preservation of orientation selectivity. These results suggest the involvement of the oculomotor activity of visual fixation in the maturation of cortical direction selectivity.

Brightness Perception, Illusory Contours and Corticogeniculate Feedback

A neural network model of early visual processing offers an explanation of brightness effects often associated with illusory contours. Top-down feedback from the model's analog of visual cortical complex cells to model lateral geniculate nucleus (LGN) cells are used to enhance contrast at line ends and other areas of boundary discontinuity. The result is an increase in perceived brightness outside a dark line end, akin to what Kennedy (1979) termed "brightness buttons" in his analysis of visual illusions. When several lines form a suitable configuration, as in an Ehrenstein pattern, the perceptual effect of enhanced brightness can be quite strong. Model simulations show the generation of brightness buttons. With the LGN model circuitry embedded in a larger model of preattentive vision, simulations using complex inputs show the interaction of the brightness buttons with real and illusory contours.

3-D Vision and Figure-Ground Separation by Visual Cortex

A neural network theory of :3-D vision, called FACADE Theory, is described. The theory proposes a solution of the classical figure-ground problem for biological vision. It does so by suggesting how boundary representations and surface representations are formed within a Boundary Contour System (BCS) and a Feature Contour System (FCS). The BCS and FCS interact reciprocally to form 3-D boundary and surface representations that arc mutually consistent. Their interactions generate 3-D percepts wherein occluding and occluded object completed, and grouped. The theory clarifies how preattentive processes of 3-D perception and figure-ground separation interact reciprocally with attentive processes of spatial localization, object recognition, and visual search. A new theory of stereopsis is proposed that predicts how cells sensitive to multiple spatial frequencies, disparities, and orientations are combined by context-sensitive filtering, competition, and cooperation to form coherent BCS boundary segmentations. Several factors contribute to figure-ground pop-out, including: boundary contrast between spatially contiguous boundaries, whether due to scenic differences in luminance, color, spatial frequency, or disparity; partially ordered interactions from larger spatial scales and disparities to smaller scales and disparities; and surface filling-in restricted to regions surrounded by a connected boundary. Phenomena such as 3-D pop-out from a 2-D picture, DaVinci stereopsis, a 3-D neon color spreading, completion of partially occluded objects, and figure-ground reversals are analysed. The BCS and FCS sub-systems model aspects of how the two parvocellular cortical processing streams that join the Lateral Geniculate Nucleus to prestriate cortical area V4 interact to generate a multiplexed representation of Form-And-Color-And-Depth, or FACADE, within area V4. Area V4 is suggested to support figure-ground separation and to interact. with cortical mechanisms of spatial attention, attentive objcect learning, and visual search. Adaptive Resonance Theory (ART) mechanisms model aspects of how prestriate visual cortex interacts reciprocally with a visual object recognition system in inferotemporal cortex (IT) for purposes of attentive object learning and categorization. Object attention mechanisms of the What cortical processing stream through IT cortex are distinguished from spatial attention mechanisms of the Where cortical processing stream through parietal cortex. Parvocellular BCS and FCS signals interact with the model What stream. Parvocellular FCS and magnocellular Motion BCS signals interact with the model Where stream. Reciprocal interactions between these visual, What, and Where mechanisms arc used to discuss data about visual search and saccadic eye movements, including fast search of conjunctive targets, search of 3-D surfaces, selective search of like-colored targets, attentive tracking of multi-element groupings, and recursive search of simultaneously presented targets.

High-field FMRI reveals brain activation patterns underlying saccade execution in the human superior colliculus.

BACKGROUND: The superior colliculus (SC) has been shown to play a crucial role in the initiation and coordination of eye- and head-movements. The knowledge about the function of this structure is mainly based on single-unit recordings in animals with relatively few neuroimaging studies investigating eye-movement related brain activity in humans. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: The present study employed high-field (7 Tesla) functional magnetic resonance imaging (fMRI) to investigate SC responses during endogenously cued saccades in humans. In response to centrally presented instructional cues, subjects either performed saccades away from (centrifugal) or towards (centripetal) the center of straight gaze or maintained fixation at the center position. Compared to central fixation, the execution of saccades elicited hemodynamic activity within a network of cortical and subcortical areas that included the SC, lateral geniculate nucleus (LGN), occipital cortex, striatum, and the pulvinar. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: Activity in the SC was enhanced contralateral to the direction of the saccade (i.e., greater activity in the right as compared to left SC during leftward saccades and vice versa) during both centrifugal and centripetal saccades, thereby demonstrating that the contralateral predominance for saccade execution that has been shown to exist in animals is also present in the human SC. In addition, centrifugal saccades elicited greater activity in the SC than did centripetal saccades, while also being accompanied by an enhanced deactivation within the prefrontal default-mode network. This pattern of brain activity might reflect the reduced processing effort required to move the eyes toward as compared to away from the center of straight gaze, a position that might serve as a spatial baseline in which the retinotopic and craniotopic reference frames are aligned.

Plasticité intermodale chez le hamster énucléé à la naissance : Études de la distribution des interneurones CaBPir dans les cortex visuel et auditif primaires.

La période postnatale et l’expérience sensorielle sont critiques pour le développement du système visuel. Les interneurones inhibiteurs exprimant l’acide γ-aminobutyrique (GABA) jouent un rôle important dans le contrôle de l’activité neuronale, le raffinement et le traitement de l’information sensorielle qui parvient au cortex cérébral. Durant le développement, lorsque le cortex cérébral est très susceptible aux influences extrinsèques, le GABA agit dans la formation des périodes critiques de sensibilité ainsi que dans la plasticité dépendante de l’expérience. Ainsi, ce système inhibiteur servirait à ajuster le fonctionnement des aires sensorielles primaires selon les conditions spécifiques d’activité en provenance du milieu, des afférences corticales (thalamiques et autres) et de l’expérience sensorielle. Certaines études montrent que des différences dans la densité et la distribution de ces neurones inhibiteurs corticaux reflètent les caractéristiques fonctionnelles distinctes entre les différentes aires corticales. La Parvalbumine (PV), la Calretinine (CR) et la Calbindine (CB) sont des protéines chélatrices du calcium (calcium binding proteins ou CaBPs) localisées dans différentes sous-populations d’interneurones GABAergiques corticaux. Ces protéines tamponnent le calcium intracellulaire de sorte qu’elles peuvent moduler différemment plusieurs fonctions neuronales, notamment l’aspect temporel des potentiels d’action, la transmission synaptique et la potentialisation à long terme. Plusieurs études récentes montrent que les interneurones immunoréactifs (ir) aux CaBPs sont également très sensibles à l’expérience et à l’activité sensorielle durant le développement et chez l’adulte. Ainsi, ces neurones pourraient avoir un rôle crucial à jouer dans le phénomène de compensation ou de plasticité intermodale entre les cortex sensoriels primaires. Chez le hamster (Mesocricetus auratus), l’énucléation à la naissance fait en sorte que le cortex visuel primaire peut être recruté par les autres modalités sensorielles, telles que le toucher et l’audition. Suite à cette privation oculaire, il y a établissement de projections ectopiques permanentes entre les collicules inférieurs (CI) et le corps genouillé latéral (CGL). Ceci a pour effet d’acheminer l’information auditive vers le cortex visuel primaire (V1) durant le développement postnatal. À l’aide de ce modèle, l’objectif général de ce projet de thèse est d’étudier l’influence et le rôle de l’activité sensorielle sur la distribution et l’organisation des interneurones corticaux immunoréactifs aux CaBPs dans les aires sensorielles visuelle et auditive primaires du hamster adulte. Les changements dans l’expression des CaBPs ont été déterminés d’une manière quantitative en évaluant les profils de distribution laminaire de ces neurones révélés par immunohistochimie. Dans une première expérience, nous avons étudié la distribution laminaire des CaBPs dans les aires visuelle (V1) et auditive (A1) primaires chez le hamster normal adulte. Les neurones immunoréactifs à la PV et la CB, mais non à la CR, sont distribués différemment dans ces deux cortex primaires dédiés à une modalité sensorielle différente. Dans une deuxième étude, une comparaison a été effectuée entre des animaux contrôles et des hamsters énucléés à la naissance. Cette étude montre que le cortex visuel primaire de ces animaux adopte une chimioarchitecture en PV similaire à celle du cortex auditif. Nos recherches montrent donc qu’une suppression de l’activité visuelle à la naissance peut influencer l’expression des CaBPs dans l’aire V1 du hamster adulte. Ceci suggère également que le type d’activité des afférences en provenance d’autres modalités sensorielles peut moduler, en partie, une circuiterie corticale en CaBPs qui lui est propre dans le cortex hôte ou recruté. Ainsi, nos travaux appuient l’hypothèse selon laquelle il serait possible que certaines de ces sous-populations d’interneurones GABAergiques jouent un rôle crucial dans le phénomène de la plasticité intermodale.

Effets de l’alcoolisme fœtal sur le développement du corps genouillé latéral du singe

L’exposition du fœtus à l’éthanol est reconnue comme étant la principale cause de maladies évitables lors du développement. Une forte exposition à l’alcool durant la gestation peut occasionner des dysmorphies cranio-faciales et des retards mentaux, ainsi que des troubles d’apprentissages et du comportement. Le développement du système visuel est également perturbé chez une grande majorité d’enfants qui ont été exposés à l’alcool. Lorsque les doses prises sont élevées, le système visuel peut présenter une panoplie de symptômes comme une augmentation de la tortuosité des vaisseaux rétiniens, de la myopie, de l’hypermétropie, du strabisme et une hypoplasie du nerf optique. Cependant, très peu d’études se sont penchées sur les effets de plus faibles doses sur le développement du système visuel du primate. Le singe est un excellent modèle pour étudier le système visuel car il possède plusieurs similitudes avec l’humain tant au niveau développemental qu’au niveau structurel. De plus, le singe utilisé, le Chlrocebus aethiops sabeus, possède l’avantage que des individus de cette espèce ont une consommation naturelle et volontaire à l’alcool. Une étude (Clarren et al., 1990) a suggéré qu’une faible exposition à l’alcool du fœtus du primate non humain occasionnait une diminution du nombre de cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs). Étant donné que le corps genouillé latéral dorsal (CGLd) reçoit la plupart de ses intrants de la rétine, il est raisonnable d’assumer que les couches rétino-récipientes du CGLd devraient être aussi affectées. Nous avons alors émis l’hypothèse que le CGLd devrait également subir une diminution du nombre de neurones. Pour la première fois, nous avons utilisé une méthode stéréologique pour quantifier le nombre de cellules dans les couches parvo- (P) et magnocellulaires (M) du CGLd. Contrairement à notre hypothèse de départ, nous n’avons pas observé de diminution dans le nombre global de neurones dans le CGLd des animaux exposés à l’alcool par rapport à des sujets contrôles, ni une diminution de son volume. Nous avons toutefois observé une diminution de la taille du corps cellulaire seulement dans la population M du CGLd. Ces résultats suggèrent que le système visuel est affecté par une faible exposition à l’alcool durant son développement qui devrait se traduire sur le comportement par des déficits dans les fonctions de la voie M.

Le rôle des récepteurs aux cannabinoïdes CB1 et CB2 dans le guidage axonal

Au cours du développement, les axones des cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs) voyagent sur de longues distances pour établir des connexions avec leurs cellules cibles. La navigation des cônes de croissance est guidée par différentes molécules chimiotropiques présentes dans leur environnement. Les endocannabinoïdes (eCB) sont d’importants neuromodulateurs qui régulent de manière rétrograde la fonction de nombreuses synapses du cerveau. Ils agissent principalement par le biais de leurs récepteurs liés à une protéine Gi/o CB1 (CB1R) et CB2 (CB2R). La présence des eCBs durant le stade fœtal et la période postnatale suggère leur implication dans des événements régulant le développement du système nerveux. Cette thèse confirme l’expression des récepteurs aux cannabinoïdes CB1 et CB2 ainsi que l’enzyme dégradant les eCBs lors du développement embryonnaire et perinatal des CGRs et de la voie rétinothalamique in vivo. La manipulation pharmacologique de l’activité de CB1R et CB2R réorganise la morphologie du cône de croissance des CGRs et des neurones corticaux in vitro. De plus, la stimulation locale avec un agoniste de CB1R ou de CB2R modifie le comportement du cône de croissance entraînant sa répulsion. CB1R et CB2R modulent par le biais de la voie de signalisation AMPc/PKA, la mobilisation de DCC à la membrane plasmique. Par ailleurs, les résultats de cette recherche démontrent également l’implication de CB1R et CB2R dans la ségrégation des projections ipsi- et controlatérales et le développement de la voie rétinothalamique.

Modulation de l'activité de structures cérébrales sous-corticales par optogénétique

L’optogénétique est une technique prometteuse pour la modulation de l’activité neuronale. Par l’insertion d’une opsine microbienne dans la membrane plasmique de neurones et par son activation photonique, il devient possible de réguler l’activité neuronale avec une grande résolution temporelle et spatiale. Beaucoup de travaux ont été faits pour caractériser et synthétiser de nouvelles opsines. Ainsi, plusieurs variétés d’opsines sont désormais disponibles, chacune présentant des cinétiques et sensibilités à des longueurs d’onde différentes. En effet, il existe des constructions optogénétiques permettant de moduler à la hausse ou à la baisse l’activité neuronale, telles la channelrhodopsine-2 (ChR2) ou la halorhodopsine (NpHR), respectivement. Les promesses de cette technologie incluent le potentiel de stimuler une région restreinte du cerveau, et ce, de façon réversible. Toutefois, peu d’applications en ce sens ont été réalisées, cette technique étant limitée par l’absorption et la diffusion de la lumière dans les tissus. Ce mémoire présente la conception d’une fibre optique illuminant à un angle de 90° à sa sortie, capable de guider la lumière à des structures bien précises dans le système nerveux central. Nous avons conduit des tests in vivo dans le système visuel de souris transgéniques exprimant la ChR2 dans l’ensemble du système nerveux central. Dans le système visuel, les signaux rétiniens sont conduits au corps genouillé latéral (CGL) avant d’être relayés au cortex visuel primaire (V1). Pour valider la capacité de mon montage optogénétique à stimuler spécifiquement une sous-population de neurones, nous avons tiré profit de l’organisation rétinotopique existant dans le système visuel. En stimulant optogénétiquement le CGL et en tournant la fibre optique sur elle-même à l’aide d’un moteur, il devient possible de stimuler séquentiellement différentes portions de cette structure thalamique et conséquemment, différentes représentations du champ visuel. L’activation des projections thalamiques sera enregistrée au niveau de l’aire V1 à l’aide de l’imagerie optique intrinsèque, une technique qui permet d’imager les variations de la concentration d’oxygène et du volume sanguin dans le tissu neuronal, sur une grande surface corticale. Comme l’organisation rétinotopique est maintenue au niveau de l’aire V1, l’espace activé au niveau du cortex révèlera l’étendue spatiale de notre stimulation optogénétique du CGL. Les expériences in vivo démontrèrent qu’en déplaçant la fibre optique dans le CGL, il nous était possible de stimuler différents sous- ensembles de neurones dans cette structure thalamique. En conclusion, cette étude montre notre capacité à développer un système à base de fibre optique capable de stimuler optogénétiquement une population de neurone avec une grande précision spatiale.

Localization and function of the endocannabinoid system throughout the retinogeniculate pathway of vervet monkeys

Le système endocannabinoïde (eCB) est présent dans le système nerveux central (SNC) de mammifères, incluant la rétine, et est responsable de la régulation de nombreux processus physiologiques. Bien que la présence du récepteur cannabinoïde de type 1 (CB1R) a bien été documenté dans la rétine de rongeurs et primates, il y a encore une controverse quant à la présence du récepteur cannabinoïde de type 2 (CB2R) au niveau du SNC. En utilisant la microscopie confocale, nous sommes les premiers à signaler les patrons d’expression du CB2R dans la rétine de singe. Nos résultats démontrent que le CB2R est exprimé exclusivement dans les cellules de Müller de la rétine du singe. En outre, nous avons comparé les différents patrons d’expression du système eCB dans la rétine de la souris, du toupaye, ainsi que du singe vervet et macaque. Nous rapportons que les distributions de CB1R, FAAH (fatty acid amid hydrolase), MAGL (monoacylglycerol lipase) et DAGLα (diacylglycerol lipase alpha) sont hautement conservées parmi ces espèces alors que CB2R et NAPE-PLD (N-acyl phosphatidylethanolamine phospholipase D) présentent différents profils d'expression. CB2R n'a pas été détecté dans les cellules neuronales de la rétine des primates. L’immunoréactivité de NAPE-PLD est présente dans les couches de la rétine de souris et toupayes, mais a été limitée à la couche des photorécepteurs des singes vervet et macaque. Pour étudier les corrélats neuronaux et le rôle de la signalisation du système eCB dans la rétine, nous avons établi un protocole standard pour l'électrorétinographie (ERG), puis enregistré la réponse ERG de la rétine après le blocage des récepteurs avec des antagonistes spécifiques pour CB1R (AM251) et CB2R (AM630). Comparé au témoin, dans des conditions photopiques, et à certaines intensités faibles du stimulus, le blocage de CB1R diminue l'amplitude de l'onde-b, alors qu’à des intensités plus élevées, le blocage de CB2R augmente l'amplitude des deux-ondes a et b. De plus, le blocage des récepteurs cannabinoïdes provoque une augmentation de la latence des deux ondes a et b. Dans des conditions d’adaptation à l'obscurité, le blocage de CB1R et CB2R réduit l’amplitudes de l'onde a seulement à des intensités plus élevées et réduit l’onde b à intensités plus faibles. Des augmentations significatives de latence ont été observées dans les deux cas. Ces résultats indiquent que les récepteurs CB1 et CB2 chez les primates non humains sont impliqués dans la fonction rétinienne conditions photopiques. En outre, nous avons évalué le profil d'expression du CB1R, de FAAH et de NAPE-PLD au-delà de la rétine dans le corps géniculé latéral des singes et nous rapportons pour la première fois que CB1R et FAAH sont exprimés davantage dans les couches magnocellulaires. La NAPE-PLD a été localisée à travers les couches magno- et parvocellulaires. Aucune de ces composantes n’est exprimée dans les couches koniocellulaires. Ces résultats nous aident à mieux comprendre les effets des cannabinoïdes sur le système visuel qui pourraient nous mener à trouver éventuellement de nouvelles cibles thérapeutiques.

Rat neurosphere cells protect axotomized rat retinal ganglion cells and facilitate their regeneration

We investigated the ability of a population of rat neural stem and precursor cells derived from rat embryonic spinal cord to protect injured neurons in the rat central nervous system (CNS). The neonatal rat optic pathway was used as a model of CNS injury, whereby retinal ganglion cells (RGCs) were axotomized by lesion of the lateral geniculate nucleus one day after birth. Neural stem and precursor cells derived from expanded neurospheres (NS) were transplanted into the lesion site at the time of injury. Application of Fast Blue tracer dye to the lesion site demonstrated that significant numbers of RGCs survived at 4 and 8 weeks in animals that received a transplant, with an average of 28% survival, though in some individual cases survival was greater than 50%. No RGCs survived in animals that received a lesion alone. Furthermore, labeled RGCs were also observed when Fast Blue was applied to the superior colliculus (SC) at 4 weeks, suggesting that neurosphere cells also facilitated RGC to regenerate to their normal target. Transplanted cells did not migrate or express neural markers after transplantation, and secreted several neurotrophic factors in vitro. We conclude that NS cells can protect injured CNS neurons and promote their regeneration. These effects are not attributable to cell replacement, and may be mediated via secretion of neurotrophic factors. Thus, neuroprotection by stem cell populations may be a more viable approach for treatment of CNS disorders than cell replacement therapy.

Leptin Targets in the Mouse Brain

The central actions of leptin are essential for homeostatic control of adipose tissue mass, glucose metabolism, and many autonomic and neuroendocrine systems. In the brain, leptin acts on numerous different cell types via the long-form leptin receptor (LepRb) to elicit its effects. The precise identification of leptin`s cellular targets is fundamental to understanding the mechanism of its pleiotropic central actions. We have systematically characterized LepRb distribution in the mouse brain using in situ hybridization in wildtype mice as well as by EYFP immunoreactivity in a novel LepRb-IRES-Cre EYFP reporter mouse line showing high levels of LepRb mRNA/EYFP coexpression. We found substantial LepRb mRNA and EYFP expression in hypothalamic and extrahypothalamic sites described before, including the dorsomedial nucleus of the hypothalamus, ventral premammillary nucleus, ventral tegmental area, parabrachial nucleus, and the dorsal vagal complex. Expression in insular cortex, lateral septal nucleus, medial preoptic area, rostral linear nucleus, and in the Edinger-Westphal nucleus was also observed and had been previously unreported. The LepRb-IRES-Cre reporter line was used to chemically characterize a population of leptin receptor-expressing neurons in the midbrain. Tyrosine hydroxylase and Cre reporter were found to be coexpressed in the ventral tegmental area and in other midbrain dopaminergic neurons. Lastly, the LepRbI-RES-Cre reporter line was used to map the extent of peripheral leptin sensing by central nervous system (CNS) LepRb neurons. Thus, we provide data supporting the use of the LepRb-IRES-Cre line for the assessment of the anatomic and functional characteristics of neurons expressing leptin receptor. J. Comp. Neurol. 514:518-532, 2009. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc.

A modified rat model of neonatal anoxia: Development and evaluation by pulseoximetry, arterial gasometry and Fos immunoreactivity

Neonatal anoxia is a worldwide clinical problem that has serious and lasting consequences. The diversity of models does not allow complete reproducibility, so a standardized model is needed. In this study, we developed a rat model of neonatal anoxia that utilizes a semi-hermetic system suitable for oxygen deprivation. The validity of this model was confirmed using pulse oximetry, arterial gasometry, observation of skin color and behavior and analysis of Fos immunoreactivity in brain regions that function in respiratory control. For these experiments, 87 male albino neonate rats (Rattus norvegicus, lineage Wistar) aged approximate 30 postnatal hours were divided into anoxia and control groups. The pups were kept in an euthanasia polycarbonate chamber at 36 +/- 1 degrees C, with continuous 100% nitrogen gas flow at 3 L/min and 101.7 kPa for 25 min. The peripheral arterial oxygen saturation of the anoxia group decreased 75% from its initial value. Decreased pH and partial pressure of oxygen and increased partial pressure of carbon dioxide were observed in this group, indicating metabolic acidosis, hypoxia and hypercapnia. respectively. Analysis of neuronal activation showed Fos immunoreactivity in the solitary tract nucleus, the lateral reticular nucleus and the area postrema, confirming that those conditions activated areas related to respiratory control in the nervous system. Therefore, the proposed model of neonatal anoxia allows standardization and precise control of the anoxic condition, which should be of great value in indentifying both the mechanisms underlying neonatal anoxia and novel therapeutic strategies to combat or prevent this widespread public health problem. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.