Positron-emission tomography studies of cross-modality inhibition in selective attentional tasks: closing the "mind's eye".

It is a familiar experience that we tend to close our eyes or divert our gaze when concentrating attention on cognitively demanding tasks. We report on the brain activity correlates of directing attention away from potentially competing visual processing and toward processing in another sensory modality. Results are reported from a series of positron-emission tomography studies of the human brain engaged in somatosensory tasks, in both "eyes open" and "eyes closed" conditions. During these tasks, there was a significant decrease in the regional cerebral blood flow in the visual cortex, which occurred irrespective of whether subjects had to close their eyes or were instructed to keep their eyes open. These task-related deactivations of the association areas belonging to the nonrelevant sensory modality were interpreted as being due to decreased metabolic activity. Previous research has clearly demonstrated selective activation of cortical regions involved in attention-demanding modality-specific tasks; however, the other side of this story appears to be one of selective deactivation of unattended areas.

Inhibitory influence of frontal cortex on locus coeruleus neurons.

The functional influence of the frontal cortex (FC) on the noradrenergic nucleus locus coeruleus (LC) was studied in the rat under ketamine anesthesia. The FC was inactivated by local infusion of lidocaine or ice-cold Ringer's solution while recording neuronal activity simultaneously in FC and LC. Lidocaine produced a transient increase in activity in FC, accompanied by a decrease in LC unit and multiunit activity. This was followed by a total inactivation of FC and a sustained increase in firing rate of LC neurons. Subsequent experiments revealed antidromic responses in the FC when stimulation was applied to the LC region. The antidromic responses in FC were found in a population of neurons (about 8%) restricted to the dorsomedial area, FR2. The results indicate that there is a strong inhibitory influence of FC on the tonic activity of LC neurons. The antidromic responses in FC to stimulation of the LC region suggest that this influence is locally mediated, perhaps through interneurons within the nucleus or neighboring the LC.

Parameters affecting conscious versus unconscious visual discrimination with damage to the visual cortex (V1).

When the visual (striate) cortex (V1) is damaged in human subjects, cortical blindness results in the contralateral visual half field. Nevertheless, under some experimental conditions, subjects demonstrate a capacity to make visual discriminations in the blind hemifield (blindsight), even though they have no phenomenal experience of seeing. This capacity must, therefore, be mediated by parallel projections to other brain areas. It is also the case that some subjects have conscious residual vision in response to fast moving stimuli or sudden changes in light flux level presented to the blind hemifield, characterized by a contentless kind of awareness, a feeling of something happening, albeit not normal seeing. The relationship between these two modes of discrimination has never been studied systematically. We examine, in the same experiment, both the unconscious discrimination and the conscious visual awareness of moving stimuli in a subject with unilateral damage to V1. The results demonstrate an excellent capacity to discriminate motion direction and orientation in the absence of acknowledged perceptual awareness. Discrimination of the stimulus parameters for acknowledged awareness apparently follows a different functional relationship with respect to stimulus speed, displacement, and stimulus contrast. As performance in the two modes can be quantitatively matched, the findings suggest that it should be possible to image brain activity and to identify the active areas involved in the same subject performing the same discrimination task, both with and without conscious awareness, and hence to determine whether any structures contribute uniquely to conscious perception.

Theory of orientation tuning in visual cortex.

The role of intrinsic cortical connections in processing sensory input and in generating behavioral output is poorly understood. We have examined this issue in the context of the tuning of neuronal responses in cortex to the orientation of a visual stimulus. We analytically study a simple network model that incorporates both orientation-selective input from the lateral geniculate nucleus and orientation-specific cortical interactions. Depending on the model parameters, the network exhibits orientation selectivity that originates from within the cortex, by a symmetry-breaking mechanism. In this case, the width of the orientation tuning can be sharp even if the lateral geniculate nucleus inputs are only weakly anisotropic. By using our model, several experimental consequences of this cortical mechanism of orientation tuning are derived. The tuning width is relatively independent of the contrast and angular anisotropy of the visual stimulus. The transient population response to changing of the stimulus orientation exhibits a slow "virtual rotation." Neuronal cross-correlations exhibit long time tails, the sign of which depends on the preferred orientations of the cells and the stimulus orientation.

Role of the monkey ventrolateral prefrontal cortex in the integration of contextual information for the selection and understanding of goal-directed actions

Action selection and organization are very complex processes that need to exploit contextual information and the retrieval of previously memorized information, as well as the integration of these different types of data. On the basis of anatomical connection with premotor and parietal areas involved in action goal coding, and on the data about the literature it seems appropriate to suppose that one of the most candidate involved in the selection of neuronal pools for the selection and organization of intentional actions is the prefrontal cortex. We recorded single ventrolateral prefrontal (VLPF) neurons activity while monkeys performed simple and complex manipulative actions aimed at distinct final goals, by employing a modified and more strictly controlled version of the grasp-to-eat(a food pellet)/grasp-to-place(an object) paradigm used in previous studies on parietal (Fogassi et al., 2005) and premotor neurons (Bonini et al., 2010). With this task we have been able both to evaluate the processing and integration of distinct (visual and auditory) contextual sequentially presented information in order to select the forthcoming action to perform and to examine the possible presence of goal-related activity in this portion of cortex. Moreover, we performed an observation task to clarify the possible contribution of VLPF neurons to the understanding of others’ goal-directed actions. Simple Visuo Motor Task (sVMT). We found four main types of neurons: unimodal sensory-driven, motor-related, unimodal sensory-and-motor, and multisensory neurons. We found a substantial number of VLPF neurons showing both a motor-related discharge and a visual presentation response (sensory-and-motor neurons), with remarkable visuo-motor congruence for the preferred target. Interestingly the discharge of multisensory neurons reflected a behavioural decision independently from the sensory modality of the stimulus allowing the monkey to make it: some encoded a decision to act/refraining from acting (the majority), while others specified one among the four behavioural alternatives. Complex Visuo Motor Task (cVMT). The cVMT was similar to the sVMT, but included a further grasping motor act (grasping a lid in order to remove it, before grasping the target) and was run in two modalities: randomized and in blocks. Substantially, motor-related and sensory-and-motor neurons tested in the cVMTrandomized were activated already during the first grasping motor act, but the selectivity for one of the two graspable targets emerged only during the execution of the second grasping. In contrast, when the cVMT was run in block, almost all these neurons not only discharged during the first grasping motor act, but also displayed the same target selectivity showed in correspondence of the hand contact with the target. Observation Task (OT). A great part of the neurons active during the OT showed a firing rate modulation in correspondence with the action performed by the experimenter. Among them, we found neurons significantly activated during the observation of the experimenter’s action (action observation-related neurons) and neurons responding not only to the action observation, but also to the presented cue stimuli (sensory-and-action observation-related neurons. Among the neurons of the first set, almost the half displayed a target selectivity, with a not clear difference between the two presented targets; Concerning to the second neuronal set, sensory-and-action related neurons, we found a low target selectivity and a not strictly congruence between the selectivity exhibited in the visual response and in the action observation.

Interval bias in 2AFC detection tasks: sorting out the artifacts

Proportion correct in two-alternative forcedchoice (2AFC) detection tasks often varies when the stimulus is presented in the first or in the second interval.Reanalysis of published data reveals that these order effects (or interval bias) are strong and prevalent, refuting the standard difference model of signal detection theory. Order effects are commonly regarded as evidence that observers use an off-center criterion under the difference model with bias. We consider an alternative difference model with indecision whereby observers are occasionally undecided and guess with some bias toward one of the response options. Whether or not the data show order effects, the two models fit 2AFC data indistinguishably, but they yield meaningfully different estimates of sensory parameters. Under indeterminacy as to which model governs 2AFC performance, parameter estimates are suspect and potentially misleading. The indeterminacy can be circumvented by modifying the response format so that observers can express indecision when needed. Reanalysis of published data collected in this way lends support to the indecision model. We illustrate alternative approaches to fitting psychometric functions under the indecision model and discuss designs for 2AFC experiments that improve the accuracy of parameter estimates, whether or not order effects are apparent in the data.

The Impact of Prefrontal Cortex "Warm Up" on Immediate Cognitive Reappraisal Ability in Older Adolescents with Elevated Symptoms of Depression

Cognitive Reappraisal (CR) is a central component of Cognitive Behavioral Therapy for adolescent depression. Yet, previous research indicates that a brain region highly associated with successful CR in adults, the Prefrontal Cortex (PFC), is not fully developed until early adulthood. Thus, there is growing concern that CBT interventions directed at building CR abilities in depressed teens might be constrained by PFC immaturity. However, CR is an effective strategy for regulating affect. The current study evaluated an intervention aimed at enhancing CR performance through PFC “warm up” with a working memory task. Additionally, the study examined moderators of intervention response, as well as cognitive correlates of self-reported CR use. Participants included 48 older adolescents (mean age=19.1, 89% female) with elevated symptoms of depression who were randomly assigned to a lab-based WM or control activity followed by a CR task. Overall, results failed to support the effectiveness of “warm up” to augment CR performance. However, current level of depression predicted negative bias and sadness ratings after CR instructions, and this effect was qualified by an interaction with condition. The moderator analysis showed that depressive symptoms interacted with condition such that in the control condition, participants with higher depressive symptoms had significantly lower negative bias scores than individuals with lower depressive symptoms, but this pattern was not found in the experimental condition. Contrary to hypotheses, history of depression did not moderate treatment response. Additional analyses explored alternative explanations for the lack of intervention effects. There was some evidence to suggest that the WM task was frustrating and cognitively taxing. However, irritation scores and overall WM task accuracy did not predict subsequent CR performance. Lastly, multiple cognitive variables emerged as correlates of self-reported CR use, with cognitive flexibility contributing unique variance to self-reported CR use. Results pointed to new directions for improving CR performance among youth with elevated symptoms of depression.

Plasticité du cortex visuel: «homéodynamie» des connexions neuronales et modèle d’effets d’antidépresseurs

Les informations sensorielles sont traitées dans le cortex par des réseaux de neurones co-activés qui forment des assemblées neuronales fonctionnelles. Le traitement visuel dans le cortex est régit par différents aspects des caractéristiques neuronales tels que l’aspect anatomique, électrophysiologique et moléculaire. Au sein du cortex visuel primaire, les neurones sont sélectifs à divers attributs des stimuli tels que l’orientation, la direction, le mouvement et la fréquence spatiale. Chacun de ces attributs conduit à une activité de décharge maximale pour une population neuronale spécifique. Les neurones du cortex visuel ont cependant la capacité de changer leur sélectivité en réponse à une exposition prolongée d’un stimulus approprié appelée apprentissage visuel ou adaptation visuelle à un stimulus non préférentiel. De ce fait, l’objectif principal de cette thèse est d’investiguer les mécanismes neuronaux qui régissent le traitement visuel durant une plasticité induite par adaptation chez des animaux adultes. Ces mécanismes sont traités sous différents aspects : la connectivité neuronale, la sélectivité neuronale, les propriétés électrophysiologiques des neurones et les effets des drogues (sérotonine et fluoxétine). Le modèle testé se base sur les colonnes d’orientation du cortex visuel primaire. La présente thèse est subdivisée en quatre principaux chapitres. Le premier chapitre (A) traite de la réorganisation du cortex visuel primaire suite à une plasticité induite par adaptation visuelle. Le second chapitre (B) examine la connectivité neuronale fonctionnelle en se basant sur des corrélations croisées entre paires neuronales ainsi que sur des corrélations d’activités de populations neuronales. Le troisième chapitre (C) met en liaison les aspects cités précédemment (les effets de l’adaptation visuelle et la connectivité fonctionnelle) aux propriétés électrophysiologiques des neurones (deux classes de neurones sont traitées : les neurones à décharge régulière et les neurones à décharge rapide ou burst). Enfin, le dernier chapitre (D) a pour objectif l’étude de l’effet du couplage de l’adaptation visuelle à l’administration de certaines drogues, notamment la sérotonine et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Méthodes En utilisant des enregistrements extracellulaires d’activités neuronales dans le cortex visuel primaire (V1) combinés à un processus d’imagerie cérébrale optique intrinsèque, nous enregistrons l’activité de décharge de populations neuronales et nous examinons l’activité de neurones individuels extraite des signaux multi-unitaires. L’analyse de l’activité cérébrale se base sur différents algorithmes : la distinction des propriétés électrophysiologiques des neurones se fait par calcul de l’intervalle de temps entre la vallée et le pic maximal du potentiel d’action (largeur du potentiel d’action), la sélectivité des neurones est basée sur leur taux de décharge à différents stimuli, et la connectivité fonctionnelle utilise des calculs de corrélations croisées. L’utilisation des drogues se fait par administration locale sur la surface du cortex (après une craniotomie et une durotomie). Résultats et conclusions Dans le premier chapitre, nous démontrons la capacité des neurones à modifier leur sélectivité après une période d’adaptation visuelle à un stimulus particulier, ces changements aboutissent à une réorganisation des cartes corticales suivant un patron spécifique. Nous attribuons ce résultat à la flexibilité de groupes fonctionnels de neurones qui étaient longtemps considérés comme des unités anatomiques rigides. En effet, nous observons une restructuration extensive des domaines d’orientation dans le but de remodeler les colonnes d’orientation où chaque stimulus est représenté de façon égale. Ceci est d’autant plus confirmé dans le second chapitre où dans ce cas, les cartes de connectivité fonctionnelle sont investiguées. En accord avec les résultats énumérés précédemment, les cartes de connectivité montrent également une restructuration massive mais de façon intéressante, les neurones utilisent une stratégie de sommation afin de stabiliser leurs poids de connectivité totaux. Ces dynamiques de connectivité sont examinées dans le troisième chapitre en relation avec les propriétés électrophysiologiques des neurones. En effet, deux modes de décharge neuronale permettent la distinction entre deux classes neuronales. Leurs dynamiques de corrélations distinctes suggèrent que ces deux classes jouent des rôles clés différents dans l’encodage et l’intégration des stimuli visuels au sein d’une population neuronale. Enfin, dans le dernier chapitre, l’adaptation visuelle est combinée avec l’administration de certaines substances, notamment la sérotonine (neurotransmetteur) et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Ces deux substances produisent un effet similaire en facilitant l’acquisition des stimuli imposés par adaptation. Lorsqu’un stimulus non optimal est présenté en présence de l’une des deux substances, nous observons une augmentation du taux de décharge des neurones en présentant ce stimulus. Nous présentons un modèle neuronal basé sur cette recherche afin d’expliquer les fluctuations du taux de décharge neuronale en présence ou en absence des drogues. Cette thèse présente de nouvelles perspectives quant à la compréhension de l’adaptation des neurones du cortex visuel primaire adulte dans le but de changer leur sélectivité dans un environnement d’apprentissage. Nous montrons qu’il y a un parfait équilibre entre leurs habiletés plastiques et leur dynamique d’homéostasie.

What Does Globalization Have to Do with the Erosion of Welfare States? Sorting Out the Issues. CES Germany & Europe Working Papers, No. 07.5, 1996

Is it really true that the economic processes described as globalization are eroding West European and North Ameri­ can welfare states (WS) ? This paper is a first step in a project aimed at answering the question. Focusing on conflict­ ing arguments about the economic mechanisms which generate pressures on WS, it groups them into three answers to the title question: globalization has everything, nothing, or something to do with it. Tentatively concluding that the third answer, that domestic and international economic mechanisms do interact in specific ways to strain WS, it sets the stage for the second stage of the project. That is to analyze the political mechanisms shaping the policy re­ sponses to those strains and perhaps themselves contributing to those strains. To expore the issues to be addressed in this second step. a brief preliminary exploration of recent social policy patterns suggests that domestic political fac­ tors go a long way toward explaining them without much recourse to globalization, especially in the U.S. but also, if to a lesser extent, in Western Europe.

Cortical Abnormalities in Adults and Adolescents with Major Depression based on Brain Scans from 20 Cohorts Worldwide in the ENIGMA Major Depressive Disorder Working Group

The neuro-anatomical substrates of major depressive disorder (MDD) are still not well understood, despite many neuroimaging studies over the past few decades. Here we present the largest ever worldwide study by the ENIGMA (Enhancing Neuro Imaging Genetics through Meta-Analysis) Major Depressive Disorder Working Group on cortical structural alterations in MDD. Structural T1-weighted brain magnetic resonance imaging (MRI) scans from 2148 MDD patients and 7957 healthy controls were analysed with harmonized protocols at 20 sites around the world. To detect consistent effects of MDD and its modulators on cortical thickness and surface area estimates derived from MRI, statistical effects from sites were meta-analysed separately for adults and adolescents. Adults with MDD had thinner cortical gray matter than controls in the orbitofrontal cortex (OFC), anterior and posterior cingulate, insula and temporal lobes (Cohen’s d effect sizes: −0.10 to −0.14). These effects were most pronounced in first episode and adult-onset patients (>21 years). Compared to matched controls, adolescents with MDD had lower total surface area (but no differences in cortical thickness) and regional reductions in frontal regions (medial OFC and superior frontal gyrus) and primary and higher-order visual, somatosensory and motor areas (d: −0.26 to −0.57). The strongest effects were found in recurrent adolescent patients. This highly powered global effort to identify consistent brain abnormalities showed widespread cortical alterations in MDD patients as compared to controls and suggests that MDD may impact brain structure in a highly dynamic way, with different patterns of alterations at different stages of life.

Plasticité du cortex visuel: «homéodynamie» des connexions neuronales et modèle d’effets d’antidépresseurs

Les informations sensorielles sont traitées dans le cortex par des réseaux de neurones co-activés qui forment des assemblées neuronales fonctionnelles. Le traitement visuel dans le cortex est régit par différents aspects des caractéristiques neuronales tels que l’aspect anatomique, électrophysiologique et moléculaire. Au sein du cortex visuel primaire, les neurones sont sélectifs à divers attributs des stimuli tels que l’orientation, la direction, le mouvement et la fréquence spatiale. Chacun de ces attributs conduit à une activité de décharge maximale pour une population neuronale spécifique. Les neurones du cortex visuel ont cependant la capacité de changer leur sélectivité en réponse à une exposition prolongée d’un stimulus approprié appelée apprentissage visuel ou adaptation visuelle à un stimulus non préférentiel. De ce fait, l’objectif principal de cette thèse est d’investiguer les mécanismes neuronaux qui régissent le traitement visuel durant une plasticité induite par adaptation chez des animaux adultes. Ces mécanismes sont traités sous différents aspects : la connectivité neuronale, la sélectivité neuronale, les propriétés électrophysiologiques des neurones et les effets des drogues (sérotonine et fluoxétine). Le modèle testé se base sur les colonnes d’orientation du cortex visuel primaire. La présente thèse est subdivisée en quatre principaux chapitres. Le premier chapitre (A) traite de la réorganisation du cortex visuel primaire suite à une plasticité induite par adaptation visuelle. Le second chapitre (B) examine la connectivité neuronale fonctionnelle en se basant sur des corrélations croisées entre paires neuronales ainsi que sur des corrélations d’activités de populations neuronales. Le troisième chapitre (C) met en liaison les aspects cités précédemment (les effets de l’adaptation visuelle et la connectivité fonctionnelle) aux propriétés électrophysiologiques des neurones (deux classes de neurones sont traitées : les neurones à décharge régulière et les neurones à décharge rapide ou burst). Enfin, le dernier chapitre (D) a pour objectif l’étude de l’effet du couplage de l’adaptation visuelle à l’administration de certaines drogues, notamment la sérotonine et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Méthodes En utilisant des enregistrements extracellulaires d’activités neuronales dans le cortex visuel primaire (V1) combinés à un processus d’imagerie cérébrale optique intrinsèque, nous enregistrons l’activité de décharge de populations neuronales et nous examinons l’activité de neurones individuels extraite des signaux multi-unitaires. L’analyse de l’activité cérébrale se base sur différents algorithmes : la distinction des propriétés électrophysiologiques des neurones se fait par calcul de l’intervalle de temps entre la vallée et le pic maximal du potentiel d’action (largeur du potentiel d’action), la sélectivité des neurones est basée sur leur taux de décharge à différents stimuli, et la connectivité fonctionnelle utilise des calculs de corrélations croisées. L’utilisation des drogues se fait par administration locale sur la surface du cortex (après une craniotomie et une durotomie). Résultats et conclusions Dans le premier chapitre, nous démontrons la capacité des neurones à modifier leur sélectivité après une période d’adaptation visuelle à un stimulus particulier, ces changements aboutissent à une réorganisation des cartes corticales suivant un patron spécifique. Nous attribuons ce résultat à la flexibilité de groupes fonctionnels de neurones qui étaient longtemps considérés comme des unités anatomiques rigides. En effet, nous observons une restructuration extensive des domaines d’orientation dans le but de remodeler les colonnes d’orientation où chaque stimulus est représenté de façon égale. Ceci est d’autant plus confirmé dans le second chapitre où dans ce cas, les cartes de connectivité fonctionnelle sont investiguées. En accord avec les résultats énumérés précédemment, les cartes de connectivité montrent également une restructuration massive mais de façon intéressante, les neurones utilisent une stratégie de sommation afin de stabiliser leurs poids de connectivité totaux. Ces dynamiques de connectivité sont examinées dans le troisième chapitre en relation avec les propriétés électrophysiologiques des neurones. En effet, deux modes de décharge neuronale permettent la distinction entre deux classes neuronales. Leurs dynamiques de corrélations distinctes suggèrent que ces deux classes jouent des rôles clés différents dans l’encodage et l’intégration des stimuli visuels au sein d’une population neuronale. Enfin, dans le dernier chapitre, l’adaptation visuelle est combinée avec l’administration de certaines substances, notamment la sérotonine (neurotransmetteur) et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Ces deux substances produisent un effet similaire en facilitant l’acquisition des stimuli imposés par adaptation. Lorsqu’un stimulus non optimal est présenté en présence de l’une des deux substances, nous observons une augmentation du taux de décharge des neurones en présentant ce stimulus. Nous présentons un modèle neuronal basé sur cette recherche afin d’expliquer les fluctuations du taux de décharge neuronale en présence ou en absence des drogues. Cette thèse présente de nouvelles perspectives quant à la compréhension de l’adaptation des neurones du cortex visuel primaire adulte dans le but de changer leur sélectivité dans un environnement d’apprentissage. Nous montrons qu’il y a un parfait équilibre entre leurs habiletés plastiques et leur dynamique d’homéostasie.

Fruit harvesting, storing, marketing; a practical guide to the picking, sorting, packing, storing, shipping, and marketing of fruit,

Mode of access: Internet.