Verbal labels selectively bias brain responses to high-energy foods.

The influence of external factors on food preferences and choices is poorly understood. Knowing which and how food-external cues impact the sensory processing and cognitive valuation of food would provide a strong benefit toward a more integrative understanding of food intake behavior and potential means of interfering with deviant eating patterns to avoid detrimental health consequences for individuals in the long run. We investigated whether written labels with positive and negative (as opposed to 'neutral') valence differentially modulate the spatio-temporal brain dynamics in response to the subsequent viewing of high- and low-energetic food images. Electrical neuroimaging analyses were applied to visual evoked potentials (VEPs) from 20 normal-weight participants. VEPs and source estimations in response to high- and low- energy foods were differentially affected by the valence of preceding word labels over the ~260-300 ms post-stimulus period. These effects were only observed when high-energy foods were preceded by labels with positive valence. Neural sources in occipital as well as posterior, frontal, insular and cingulate regions were down-regulated. These findings favor cognitive-affective influences especially on the visual responses to high-energetic food cues, potentially indicating decreases in cognitive control and goal-adaptive behavior. Inverse correlations between insular activity and effectiveness in food classification further indicate that this down-regulation directly impacts food-related behavior.

Ancient protostome origin of chemosensory ionotropic glutamate receptors and the evolution of insect taste and olfaction.

Ionotropic glutamate receptors (iGluRs) are a highly conserved family of ligand-gated ion channels present in animals, plants, and bacteria, which are best characterized for their roles in synaptic communication in vertebrate nervous systems. A variant subfamily of iGluRs, the Ionotropic Receptors (IRs), was recently identified as a new class of olfactory receptors in the fruit fly, Drosophila melanogaster, hinting at a broader function of this ion channel family in detection of environmental, as well as intercellular, chemical signals. Here, we investigate the origin and evolution of IRs by comprehensive evolutionary genomics and in situ expression analysis. In marked contrast to the insect-specific Odorant Receptor family, we show that IRs are expressed in olfactory organs across Protostomia--a major branch of the animal kingdom that encompasses arthropods, nematodes, and molluscs--indicating that they represent an ancestral protostome chemosensory receptor family. Two subfamilies of IRs are distinguished: conserved "antennal IRs," which likely define the first olfactory receptor family of insects, and species-specific "divergent IRs," which are expressed in peripheral and internal gustatory neurons, implicating this family in taste and food assessment. Comparative analysis of drosophilid IRs reveals the selective forces that have shaped the repertoires in flies with distinct chemosensory preferences. Examination of IR gene structure and genomic distribution suggests both non-allelic homologous recombination and retroposition contributed to the expansion of this multigene family. Together, these findings lay a foundation for functional analysis of these receptors in both neurobiological and evolutionary studies. Furthermore, this work identifies novel targets for manipulating chemosensory-driven behaviours of agricultural pests and disease vectors.

Quantitative genetics of learning ability and resistance to stress in Drosophila melanogaster.

Even though laboratory evolution experiments have demonstrated genetic variation for learning ability, we know little about the underlying genetic architecture and genetic relationships with other ecologically relevant traits. With a full diallel cross among twelve inbred lines of Drosophila melanogaster originating from a natural population (0.75 < F < 0.93), we investigated the genetic architecture of olfactory learning ability and compared it to that for another behavioral trait (unconditional preference for odors), as well as three traits quantifying the ability to deal with environmental challenges: egg-to-adult survival and developmental rate on a low-quality food, and resistance to a bacterial pathogen. Substantial additive genetic variation was detected for each trait, highlighting their potential to evolve. Genetic effects contributed more than nongenetic parental effects to variation in traits measured at the adult stage: learning, odorant perception, and resistance to infection. In contrast, the two traits quantifying larval tolerance to low-quality food were more strongly affected by parental effects. We found no evidence for genetic correlations between traits, suggesting that these traits could evolve at least to some degree independently of one another. Finally, inbreeding adversely affected all traits.

CARDIAC AND MUSCLE CHANNELOPATHIES: ROLES AND REGULATION OF VOLTAGE-GATED SODIUM CHANNELS

Abstract :The contraction of the heart or skeletal muscles is mainly due to the propagation, through excitable cells, of an electrical influx called action potential (AP). The AP results from the sequential opening of ion channels that generate inward or outward currents through the cell membrane. Among all the channels involved, the voltage-gated sodium channel is responsible for the rising phase of the action potential. Ten genes encode the different isoforms of these channels (from Nav1.1 to Nav1.9 and an atypical channel named NavX). Nav1.4 and Nav1.5 are the main skeletal muscle and cardiac sodium channels respectively. Their importance for muscle and heart function has been highlighted by the description of mutations in their encoding genes SCN4A and SCNSA. They lead respectively to neuromuscular disorders such as myotonia or paralysis (for Nav1.4), and to cardiac arrhythmias that can deteriorate into sudden cardiac death (for Nav1.5).The general aim of my PhD work has been to study diseases linked with channels dysfunction, also called channelopathies. In that purpose, I investigated the function and the regulation of the muscle and cardiac voltage-gated sodium channels. During the two first studies, I characterized the effects of two mutations affecting Nav1.4 and Nav1.5 function. I used the HEK293 model cells to express wild-type or mutant channels and then studied their biophysical properties with the patch-clamp technique, in whole cell configuration. We found that the SCN4A mutation produced complex alterations of the muscle sodium channel function, that could explain the myotonic phenotype described in patients carrying the mutation. In the second study, the index case was an heterozygous carrier of a SCNSA mutation that leads to a "loss of function" of the channel. The decreased sodium current measured with mutated Nay 1.5 channels, at physiological temperature, was a one of the factors that could explain the observed Brugada syndrome. The last project aimed at identifying a new potential protein interacting with the cardiac sodium channel. We found that the protein SAP97 binds the three last amino-acids of the C-terminus of Na,, 1.5. Our results also indicated that silencing the expression of SAP97 in HEK293 cells decreased the sodium current. Sodium channels lacking their three last residues also produced a reduced INa. These preliminary results suggest that SAP97 is implicated in the regulation of sodium channel. Whether this effect is direct or imply the action of an adaptor protein remains to be investigated. Moreover, our group has previously shown that Nav1.5 channels are localized to lateral membranes of cardiomyocytes by the dystrophin multiprotein complex (DMC). This suggests that sodium channels are distributed in, at least, two different pools: one targeted at lateral membranes by DMC and the other at intercalated discs by another protein such as SAP97.These studies reveal that cardiac and muscle diseases may result from ion channel mutations but also from regulatory proteins affecting their regulation.Résumé :La contraction des muscles et du coeur est principalement due à la propagation, à travers les cellules excitables, d'un stimulus électrique appelé potentiel d'action (PA). C'est l'ouverture séquentielle de plusieurs canaux ioniques transmembranaires, permettant l'entrée ou la sortie d'ions dans la cellule, qui est à l'origine de ce PA. Parmi tous les canaux ioniques impliqués dans ce processus, les canaux sodiques dépendant du voltage sont responsables de la première phase du potentiel d'action. Les différentes isoformes de ces canaux (de Nav1.1 à Nav1.9 et NavX) sont codées par dix gènes distincts. Nav1.4 et Nav1.5 sont les principaux variants exprimés respectivement dans le muscle et le coeur. Plusieurs mutations ont été décrites dans les gènes qui codent pour ces deux canaux: SCN4A (pour Nav1.4) et SCNSA (pour Nav1.5). Elles sont impliquées dans des pathologies neuromusculaires telles que des paralysies ou myotonies (SCN4A) ou des arythmies cardiaques pouvant conduire à la mort subite cardiaque (SCNSA).Mon travail de thèse a consisté à étudier les maladies liées aux dysfonctionnements de ces canaux, aussi appelées canalopathies. J'ai ainsi analysé la fonction et la régulation des canaux sodiques dépendant du voltage dans le muscle squelettique et le coeur. A travers les deux premières études, j'ai ainsi pu examiner les conséquences de deux mutations affectant respectivement les canaux Nav1.4 et Nav1.5. Les canaux sauvages ou mutants ont été exprimés dans des cellules HEK293 afin de caractériser leurs propriétés biophysiques par la technique du patch clamp en configuration cellule entière. Nous avons pu déterminer que la mutation trouvée dans le gène SCN4A engendrait des modifications importantes de la fonction du canal musculaire. Ces altérations fournissent des indications nous permettant d'expliquer certains aspects de la myotonie observée chez les membres de la famille étudiée. Le patient présenté dans la deuxième étude était hétérozygote pour la mutation identifiée dans le gène SCNSA. La perte de fonction des canaux Nav1.5 ainsi engendrée, a été observée lors d'analyses à températures physiologiques. Elle représente l'un des éléments pouvant potentiellement expliquer le syndrome de Brugada du patient. La dernière étude a consisté à identifier une nouvelle protéine impliquée dans la régulation du canal sodique cardiaque. Nos expériences ont démontré que les trois derniers acides aminés de la partie C-terminale de Nav1.5 pouvaient interagir avec la protéine SAP97. Lorsque que l'expression de la SAP97 est réduite dans les cellules HEK293, cela induit une baisse importante du courant sodique. De même, les canaux tronqués de leurs trois derniers acides aminés génèrent un flux ionique réduit. Ces résultats préliminaires suggèrent que SAP97 est peut-être impliquée dans la régulation du canal Na,,1.5. Des expériences complémentaires permettront de déterminer si ces deux protéines interagissent directement ou si une protéine adaptatrice est nécessaire. De plus, nous avons préalablement montré que les canaux Nav1.5 étaient localisés au niveau de la membrane latérale des cardiomyocytes par le complexe multiprotéique de la dystrophine (DMC). Ceci suggère que les canaux sodiques peuvent être distribués dans un minimum de deux pools, l'un ciblé aux membranes latérales pax le DMC et l'autre dirigé vers les disques intercalaires par des protéines telles que SAP97.L'ensemble de ces études met en évidence que certaines maladies musculaires et cardiaques peuvent être la conséquence directe de mutations de canaux ioniques, mais que l'action de protéines auxiliaires peut aussi affecter leur fonction.

Signalling pathways in skin homeostasis

SUMMARY The results presented here contribute to a better understanding of the crucial molecular relationships and signalling cues exchanged by several fundamental cell types (epidermal keratinocytes, dermal fibroblasts, immune and endothelial cells) of the skin. Importantly we provide evidence to directly implicate Wnt/ß-catenin signalling as a putative player in different cell types (keratinocytes and neutrophils) in mediation of the cutaneous inflammatory response (Fart A). Finally we highlight the importance of several molecules, specifically expressed in the hair follicle stem cell niche to the morphogenesis and homeostasis of the hair follicle (Part B). PART A Currently the body of work pertaining to Wnt signalling and immune cells largely focuses on Wnt signalling in the development of these cells. The data presented here suggests a novel mechanism in which Wnt signalling appears to modulate immune cell recruitment to the skin. Keratinocytes are major contributors to early inflammatory responses by the release of chemokines which recruit immune cells. The resultant inflammatory response is a dynamic process of sequentially infiltrating immune cells governed by a network of growth factors, chemokines and cytokines. In wild type mice the response is typified by a rapid and substantial infiltration of neutrophils followed at later time points by macrophages and Tcells. The expression of the canonical Wnt pathway activating ligand, Wnt3a, is able to induce a strong neutrophil infiltration in the dermis. This response originates in keratinocytes, as it is abrogated upon keratinocyte-specific ablation of ß-catenin. Notably, this suggests that the crucial cross talk between these resident cells and recruited immune cells is, in part, mediated by Wnt signalling. In corroboration of this role of Wnt-mediated recruitment of neutrophils, expression of the Wnt inhibitory ligand sFRPI during acute inflammation results in a dramatic 'dampening' of immune cell infiltration in particular of neutrophil chemoattraction. Importantly, an intrinsic Wnt signalling pathway is essential for neutrophil chemoattraction in response to inflammatory stimuli. There is a marked reduction of neutrophil infiltration in mice grafted with a ß-catenin deficient bone marrow upon TPA induced cutaneous inflammation. Additionally, neutrophils lacking Wnt/ß-catenin fail to respond to IFNγ, an early inflammatory cue, in vitro. In combination, these data indicate a potent function of Wnt signalling in immune cell recruitment and the modulation of the inflammatory response. PART B Tissue specific stem cells form the cellular base on which tissue homeostasis and repair of adult tissue relies. The maintenance of this stem cell pool is highly dependent on the immediate environment or niche. We have identified three genes, the fibroblast growth factor receptor 1 (FGFR1), serpin protease inhibitor (serpin F1) and the haematopoietic cell phosphatase (Hcph) to be specifically expressed in a small population of stromal cells which are in close contact to bulge stem cells. These specialized stromal cells might represent an essential mesenchymal component of the skin stem cell niche and may regulate stem cell proliferation and differentiation. Multiple FGFR1 isoforms are generated through alternate transcript splicing and are able to interact with both FGFs and cell adhesion molecules. Two predominant forms of the receptor are FGFR1-α and FGFR1-ß. Expression of a dominant negative form of the alpha isoform prevents hair follicle morphogenesis altogether. Given that FGFR1-ß signals principally through the FGF ligands, this data indicates that FGF signalling is dispensable for follicle morphogenesis. Moreover the loss of follicular morphogenesis upon suggests a requirement for signalling via cell adhesion molecule association with the receptor as FGFR1 α has a greater affinity for these molecules. The expression of the second candidate niche gene serpin f1, lead to the complete ablation of hair follicle morphogenesis. The serpin f1 product, pigment-epithelial derived factor (PEDF) has potent anti-angiogenic effects. Immunohistochemical analysis using CD31, a endothelial cell marker, revealed that although these cells are present, they have are disorganised and do not form vessels. Interestingly, endothelial cells have been found to contribute to the neuronal stem cell niche and our results suggest a similar mechanism in the skin. SHP1, the Hcph gene product, is a phosphatase which acts in the haematopoetic system. Motheaten mice carrying spontaneous mutations in the Hcph gene have patchy alopecia in their skin and severe defects in their haematopoietic system. However the haematopoietic rescue of the mouse does not result in normal follicular homeostasis. Additionally, ablation of Hcph in either the dermal or keratinocyte compartments of the skin produces hair follicles with abberant morphologies. This data indicates that although SHP1 is not essential for hair follicle morphogenesis it is required in both epidermal and dermal compartments to maintain follicular morphology. RÉSUMÉ PARTIE A Jusqu'à présent, les travaux dédiés à l'étude de la voie de signalisation Wnt dans le système immunitaire se sont essentiellement concentrés sur son rôle dans le développement des cellules immunitaires. Les données présentées ici suggèrent fortement et de manière nouvelle, l'existence d'un mécanisme par lequel la voie de signalisation Wnt/ß-caténine module le recrutement de cellules immunitaires dans un tissu périphérique, la peau, et ainsi la réponse inflammatoire cutanée. La réponse inflammatoire cutanée est un processus dynamique d'infiltration séquentielle de diverses cellules immunitaires, orchestré par un réseau de facteurs de croissance, chémokines et cytokines. Les kératinocytes sont des contributeurs majeurs à la réponse inflammatoire précoce par la libération de chémokines qui permettent ensuite de recruter les cellules immunitaires. Dans des souris sauvages, la réponse est d'abord caractérisée par une infiltration rapide et substantielle de neutrophiles, suivie par celle des macrophages et des lymphocytes T. L'expression d'un ligand activateur de le voie canonique de signalisation Wnt (après injection infra-dermique de fibroblastes sur-exprimant Wnt-3a) induit une infiltration dermique très marquée de neutrophiles. De plus, la réponse est éliminée en l'absence de ß-caténine spécifiquement dans les kératinocytes, indiquant que ces cellules sont à l'origine de la réponse. De manière remarquable, ceci suggère qu'une signalisation cruciale entre ces cellules résidentes de la peau et les cellules immunitaires recrutées est, au moins en partie, médiée par la voie Wnt. Corroborant ce rôle de la voie Wnt/ß-caténine dans le recrutement des neutrophiles, l'expression d'un ligand inhibiteur de la voie (sFRP1) résulte au cours d'une inflammation aigüe en une réduction spectaculaire de l'infiltration des cellules immunitaires en général, et des neutrophiles en particulier. De manière importante, la voie de signalisation Wnt est intrinsèquement requise pour la chémoattraction des neutrophiles en réponse à un stimulus inflammatoire. En effet, suite à une inflammation cutanée induite par un ester de phorbol (TPA), une réduction notable de l'infiltration des neutrophiles est observée dans des souris préalablement greffées avec de la moelle osseuse constituée de cellules déficientes en ß-caténine. De plus, in vitro, les neutrophiles sans ß-caténine ne répondent pas à une stimulation par l'interféron γ, qui est pourtant un signal inflammatoire établi in vivo. En conclusion, nos données indiquent que la voie de signalisation Wnt/ß-caténine joue une fonction active dans le recrutement des cellules immunitaires vers un organe périphérique, la peau, ainsi que dans la modulation, à plusieurs niveaux, de la réponse inflammatoire cutanée. PARTIE B Les cellules souches tissu-spécifiques forment la base cellulaire sur laquelle repose l'homéostase et la réparation tissulaires chez l'adulte. La maintenance de ce réservoir de cellules souches est hautement dépendante de leur environnement cellulaire immédiat, encore appelé «niche des cellules souches». Dans la peau, ces cellules stromales spécialisées représentent un compartiment mésenchymateux essentiel de la niche des cellules souches en régulant leurs prolifération et différentiation. Nous avons identifié trois gènes, le «récepteur 1 àux facteurs de croissance des fibroblastes » (Fgfr1 ), l' «inhibiteur de protéase à sérine » (serpinf1 ou pedf) et la « phosphatase des cellules hématopoiétiques » (Hcph ou Ptpn6), comme spécifiquement exprimés par une petite population de cellules stromales qui sont étroitement associées aux cellules souches de la peau (localisées au niveau du bombement du follicule pileux). Pour analyser leur fonction dans ce contexte, nous avons utilisé un test de reconstitution complète de peau murine en combinaison à des. transductions géniques basées sur l'utilisation de lentivirus. Ce test repose sur le mélange de deux compartiments cellulaires, épidermique (kératinocytes) et dermique (fibroblastes), greffés sur une zone ouverte de peau du dos d'une souris pour ensemble reconstituer la peau. Des isoformes multiples de FGFR1 sont générées par épissage alternatif de transcrits et sont capables d'interagir à la fois avec les FGFs (facteurs de croissance des fibroblastes) et les molécules d'adhésion cellulaires. Les deux formes prédominantes du récepteur, FGFR1-α et FGFR1-ß, ne différent que par le «domaine ressemblant aux immunoglobulines 1 » (immunoglobulin-like 1 domain), absent de FGFR1-ß. De plus, FGFR1-ß a une affinité plus grande pour les FGFs et plus faible pour les molécules d'adhésion cellulaires telles que la Ncadhérine (connue pour activer FGFR). La sur-expression de l'une ou l'autre des formes n'empêche pas la morphogenèse folliculaire mais conduit à la formation de follicules aberrants. Toutefois, une différence phénotypique majeure est observée lorsqu'une forme «Dominant-Négatif » (DN) est exprimée dans le compartiment dermique. La sur-expression de FGFR1-ß DN conduit en effet à la formation de follicules petits et tronqués, avec des gaines épithéliales et un bulbe élargis ainsi qu'une petite papille dermique. Par contre, l'expression de FGFR1-α DN abolit complètement la morphogenèse folliculaire. Etant donné que la signalisation par FGFR1-ß est principalement dépendante des ligands FGFs, ces données indiquent que la signalisation par ceux-cì est non-nécessaire à la morphogenèse folliculaire. De plus, l'abolition du processus par la sur-expression de FGFR1-a DN suggëre une signalisation nécessaire entre le récepteur FGFR1 et une ou des molécules d'adhésion cellulaire. L'expression de notre second candidat comme gène spécifique de la niche des cellules souches de la peau, serpinf1, prévient la morphogenèse folliculaire. Seules de petites structures ressemblant à des cystes sont observées après reconstitution de la peau. De plus, dans ces transplants, aucune cellule CD34-positive (marqueur des cellules souches) n'est retrouvée associé à ces cystes. Le produit du gène serpin f1, le «facteur dérivé d'épithélium pigmentaire » (PEDF) est un puissant facteur anti-angiogénique. Nous avons donc analysé la vascularisation des transplants par immunohistochirnies utilisant CD31, un marqueur des cellules endothéliales. Nos résultats révèlent que les cellules endothéliales sont bien présentes, mais de manière désorganisée et ne formant pas de vaisseaux. De manière intéressante, les cellules endothéliales contribuent activement à la niche des cellules souches neuronales, et nos résultats suggèrent donc l'existence possible d'un mécanisme similaire dans la peau. SHP1, le produit du gène Hcph, est une phosphatase quì agit dans le système hématopoiétique. Les souris « motheaten »qui portent des mutations spontanées du gène ont une alopécie inégale au niveau de la peau et de sévères troubles du système hématopoiétique. Pour s'assurer que le phénotype observé au niveau de la peau n'est pas une conséquence d'un défaut du système hématopoiétique, nous avons transplanté des souris Hcph -/- avec de la moelle osseuse sauvage afin de restaurer la fonction de SHP 1 dans le système hématopoiétique. Toutefois, le défaut de morphologie folliculaire est maintenu. De plus, l'ablation d'Hcph dans le compartiment dermique ou épidermique d'essais de reconstitution de peau conduit à la production de follicules pileux avec des morphologies aberrantes. Ces données indiquent que SHP1 n'est pas essentiel à la morphogenèse folliculaire mais est toutefois requis à la fois dans les compartiments épidermiques et dermiques pour la maintenance de la forme du follicule.

Pintoresco : Evaluación de los procesos de aprendizaje conceptual

El documento recoge los hitos del desarrollo de Pintoresco, una aplicación orientada a la evaluación de los procesos de aprendizaje conceptual que se examinan a partir de su uso por usuario ordinario. La aplicación permite obtener datos del proceso de aprendizaje conceptual en un contexto en que la estructura interna de las clases en que se produce una partición no depende de las propiedades específicas de los patrones de estímulo que son distintos para cada usuario sino de la forma lógica de la propia partición.

Reduced left hemisphere dominance for multiple versus single anagram solutions and its modulation by individuals' schizotypy

Problem solving (including insight, divergent thinking) seems to rely on the right hemisphere (RH). These functions are difficult to assess behaviorally. We propose anagram resolution as a suitable paradigm. University students (n=32) performed three tachistoscopic lateralized visual half-field experiments (stimulus presentation 150ms). In Experiment 1, participants recalled four-letter strings. Subsequently, participants provided solutions for four-letter anagrams (one solution in Experiment 2; two solutions in Experiment 3). Additionally, participants completed a schizotypy questionnaire (O-LIFE). Results showed a right visual field advantage in Experiment 1 and 2, but no visual field advantage in Experiment 3. In Experiment 1, increasing positive schizotypy associated with a RH performance shift. Problem solving seems to require increasingly the RH when facing several rather than one solution. This result supports previous studies on the RH's role in remote associative, metaphor and discourse processing. The more complex language requirements, the less personality traits seem to matter.

Visuospatial working memory deficits and visual pursuit impairments are not directly related in schizophrenia.

OBJECTIVE: Patients with schizophrenia show deficits in visuospatial working memory and visual pursuit processes. It is currently unclear, however, whether both impairments are related to a common neuropathological origin. The purpose of the present study was therefore to examine the possible relations between the encoding and the discrimination of dynamic visuospatial stimuli in schizophrenia. METHOD: Sixteen outpatients with schizophrenia and 16 control subjects were asked to encode complex disc displacements presented on a screen. After a delay, participants had to identify the previously presented disc trajectory from a choice of six static linear paths, among which were five incorrect paths. The precision of visual pursuit eye movements during the initial presentation of the dynamic stimulus was assessed. The fixations and scanning time in definite regions of the six paths presented during the discrimination phase were investigated. RESULTS: In comparison with controls, patients showed poorer task performance, reduced pursuit accuracy during incorrect trials and less time scanning the correct stimulus or the incorrect paths approximating its global structure. Patients also spent less time scanning the leftmost portion of the correct path even when making a correct choice. The accuracy of visual pursuit and head movements, however, was not correlated with task performance. CONCLUSIONS: The present study provides direct support for the hypothesis that active integration of visuospatial information within working memory is deficient in schizophrenia. In contrast, a general impairment of oculomotor mechanisms involved in smooth pursuit did not appear to be directly related to lower visuospatial working memory performance in schizophrenia.

Origin of the relative afferent pupillary defect in optic tract lesions.

OBJECTIVE: To determine the percent decussation of pupil input fibers in humans and to explain the size and range of the log unit relative afferent pupillary defect (RAPD) in patients with optic tract lesions. DESIGN: Experimental study. PARTICIPANTS AND CONTROLS: Five patients with a unilateral optic tract lesion. METHODS: The pupil response from light stimulation of the nasal hemifield, temporal hemifield, and full field of each eye of 5 patients with a unilateral optic tract lesion was recorded using computerized binocular infrared pupillography. Six stimulus light intensities, separated by 0.5-log unit steps, were used; 12 stimulus repetitions were given for each stimulus condition. MAIN OUTCOME MEASURES: For each stimulus condition, the pupil response of each eye was characterized by plotting the mean pupil contraction amplitude as a function of stimulus light intensity. The percentage of decussating afferent pupillomotor input fibers was calculated from the ratio of the maximal pupil contractions elicited from each eye. The RAPD was determined pupillographically from full-field stimulation to each eye. RESULTS: In all patients, the pupil response from the functioning temporal hemifield ipsilateral to the tract lesion was greater than that from the functioning contralateral nasal hemifield. This temporal-nasal asymmetry increased with increasing stimulus intensity and was similar in hemifield and full-field stimuli, eventually saturating at maximal light intensity. The log unit RAPD did not correlate with the estimated percentage of decussating pupil fibers, which ranged from 54% to 67%. CONCLUSIONS: In patients with a unilateral optic tract lesion, the pupillary responses from full-field stimulation to each eye are the same as comparing the functioning temporal field with the functioning nasal field. The percentage of decussating fibers is reflected in the ratio of the maximal pupil contraction amplitudes resulting from stimulus input between the two eyes. The RAPD that occurs in this setting reflects the difference in light sensitivity between the intact temporal and nasal hemifields. Its magnitude does not correlate with the difference in the number of crossed and uncrossed axons, but its sidedness contralateral to the side of the optic tract lesion is consistent with the greater percentage of decussating pupillomotor input.

The brain tracks the energetic value in food images.

Do our brains implicitly track the energetic content of the foods we see? Using electrical neuroimaging of visual evoked potentials (VEPs) we show that the human brain can rapidly discern food's energetic value, vis à vis its fat content, solely from its visual presentation. Responses to images of high-energy and low-energy food differed over two distinct time periods. The first period, starting at approximately 165 ms post-stimulus onset, followed from modulations in VEP topography and by extension in the configuration of the underlying brain network. Statistical comparison of source estimations identified differences distributed across a wide network including both posterior occipital regions and temporo-parietal cortices typically associated with object processing, and also inferior frontal cortices typically associated with decision-making. During a successive processing stage (starting at approximately 300 ms), responses differed both topographically and in terms of strength, with source estimations differing predominantly within prefrontal cortical regions implicated in reward assessment and decision-making. These effects occur orthogonally to the task that is actually being performed and suggest that reward properties such as a food's energetic content are treated rapidly and in parallel by a distributed network of brain regions involved in object categorization, reward assessment, and decision-making.

Cross-frequency coupling in EEG revealed by adaptive oscillation tracking.

Introduction: Neuronal oscillations have been the focus of increasing interest in the neuroscientific community, in part because they have been considered as a possible integrating mechanism through which internal states can influence stimulus processing in a top-down way (Engel et al., 2001). Moreover, increasing evidence indicates that oscillations in different frequency bands interact with one other through coupling mechanisms (Jensen and Colgin, 2007). The existence and the importance of these cross-frequency couplings during various tasks have been verified by recent studies (Canolty et al., 2006; Lakatos et al., 2007). In this study, we measure the strength and directionality of two types of couplings - phase-amplitude couplings and phase-phase couplings - between various bands in EEG data recorded during an illusory contour experiment that were identified using a recently-proposed adaptive frequency tracking algorithm (Van Zaen et al., 2010). Methods: The data used in this study have been taken from a previously published study examining the spatiotemporal mechanisms of illusory contour processing (Murray et al., 2002). The EEG in the present study were from a subset of nine subjects. Each stimulus was composed of 'pac-man' inducers presented in two orientations: IC, when an illusory contour was present, and NC, when no contour could be detected. The signals recorded by the electrodes P2, P4, P6, PO4 and PO6 were averaged, and filtered into the following bands: 4-8Hz, 8-12Hz, 15-25Hz, 35-45Hz, 45-55Hz, 55-65Hz and 65-75Hz. An adaptive frequency tracking algorithm (Van Zaen et al., 2010) was then applied in each band in order to extract the main oscillation and estimate its frequency. This additional step ensures that clean phase information is obtained when taking the Hilbert transform. The frequency estimated by the tracker was averaged over sliding windows and then used to compare the two conditions. Two types of cross-frequency couplings were considered: phase-amplitude couplings and phase-phase couplings. Both types were measured with the phase locking value (PLV, Lachaux et al., 1999) over sliding windows. The phase-amplitude couplings were computed with the phase of the low frequency oscillation and the phase of the amplitude of the high frequency one. Different coupling coefficients were used when measuring phase-phase couplings in order to estimate different m:n synchronizations (4:3, 3:2, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 6:1, 7:1, 8:1 and 9:1) and to take into account the frequency differences across bands. Moreover, the direction of coupling was estimated with a directionality index (Bahraminasab et al., 2008). Finally, the two conditions IC and NC were compared with ANOVAs with 'subject' as a random effect and 'condition' as a fixed effect. Before computing the statistical tests, the PLV values were transformed into approximately normal variables (Penny et al., 2008). Results: When comparing the mean estimated frequency across conditions, a significant difference was found only in the 4-8Hz band, such that the frequency within this band was significantly higher for IC than NC stimuli starting at ~250ms post-stimulus onset (Fig. 1; solid line shows IC and dashed line NC). Significant differences in phase-amplitude couplings were obtained only when the 4-8 Hz band was taken as the low frequency band. Moreover, in all significant situations, the coupling strength is higher for the NC than IC condition. An example of significant difference between conditions is shown in Fig. 2 for the phase-amplitude coupling between the 4-8Hz and 55-65Hz bands (p-value in top panel and mean PLV values in the bottom panel). A decrease in coupling strength was observed shortly after stimulus onset for both conditions and was greater for the condition IC. This phenomenon was observed with all other frequency bands. The results obtained for the phase-phase couplings were more complex. As for the phase-amplitude couplings, all significant differences were obtained when the 4-8Hz band was considered as the low frequency band. The stimulus condition exhibiting the higher coupling strength depended on the ratio of the coupling coefficients. When this ratio was small, the IC condition exhibited the higher phase-phase coupling strength. When this ratio was large, the NC condition exhibited the higher coupling strength. Fig. 3 shows the phase-phase couplings between the 4-8Hz and 35-45Hz bands for the coupling coefficient 6:1, and the coupling strength was significantly higher for the IC than NC condition. By contrast, for the coupling coefficient 9:1 the NC condition gave the higher coupling strength (Fig. 4). Control analyses verified that it is not a consequence of the frequency difference between the two conditions in the 4-8Hz band. The directionality measures indicated a transfer of information from the low frequency components towards the high frequency ones. Conclusions: Adaptive tracking is a feasible method for EEG analyses, revealing information both about stimulus-related differences and coupling patterns across frequencies. Theta oscillations play a central role in illusory shape processing and more generally in visual processing. The presence vs. absence of illusory shapes was paralleled by faster theta oscillations. Phase-amplitude couplings were decreased more for IC than NC and might be due to a resetting mechanism. The complex patterns in phase-phase coupling between theta and beta/gamma suggest that the contribution of these oscillations to visual binding and stimulus processing are not as straightforward as conventionally held. Causality analyses further suggest that theta oscillations drive beta/gamma oscillations (see also Schroeder and Lakatos, 2009). The present findings highlight the need for applying more sophisticated signal analyses in order to establish a fuller understanding of the functional role of neural oscillations.

Post-switching beta synchronization reveals concomitant sensory reafferences and active inhibition processes

It is known that post-movement beta synchronization (PMBS) is involved both in active inhibition and in sensory reafferences processes. The aim of this study was examine the temporal and spatial dynamics of the PMBS involved during multi-limb coordination task. We investigated post-switching beta synchronization (assigned PMBS) using time-frequency and source estimations analyzes. Participants (n = 17) initiated an auditory-paced bimanual tapping. After a 1500 ms preparatory period, an imperative stimulus required to either selectively stop the left while maintaining the right unimanual tapping (Switch condition: SWIT) or to continue the bimanual tapping (Continue condition: CONT). PMBS significantly increased in SWIT compared to CONT with maximal difference within right central region in broad-band 14âeuro"30 Hz and within left central region in restricted-band 22âeuro"26 Hz. Source estimations localized these effects within right pre-frontal cortex and left parietal cortex, respectively. A negative correlation showed that participants with a low percentage of errors in SWIT had a large PMBS amplitude within right parietal and frontal cortices. This study shows for the first time simultaneous PMBS with distinct functions in different brain regions and frequency ranges. The left parietal PMBS restricted to 22âeuro"26 Hz could reflect the sensory reafferences of the right hand tapping disrupted by the switching. In contrast, the right pre-frontal PMBS in a broad-band 14âeuro"30 Hz is likely reflecting the active inhibition of the left hand stopped. Finally, correlations between behavioral performance and the magnitude of the PMBS suggest that beta oscillations can be viewed as a marker of successful active inhibition.

Nitric oxide and the release of lipoprotein lipase from white adipose tissue

Background/Aim: Lipoprotein lipase (LPL) is the main enzyme responsible for the distribution of circulating triacylglycerides in tissues. Its regulation via release from active sites in the vascular endothelium is poorly understood. In a previous study we reported that in response to acute immobilization (IMMO), LPL activity rapidly increases in plasma and decreases in white adipose tissue (WAT) in rats. In other stress situations IMMO triggers a generalized increase in nitric oxide (NO) production. Methods/Results: Here we demonstrate that in rats: 1) in vivo acute IMMO rapidly increases NO concentrations in plasma 2) during acute IMMO the WAT probably produces NO via the endothelial isoform of nitric oxide synthase (eNOS) from vessels, and 3) epididymal WAT perfused in situ with an NO donor rapidly releases LPL from the endothelium. Conclusion: We propose the following chain of events: stress stimulus / rapid increase of NO production in WAT (by eNOS) / release of LPL from the endothelium in WAT vessels. This chain of events could be a new mechanism that promotes the rapid decrease of WAT LPL activity in response to a physiological stimulus.

ACID-SENSING ION CHANNELS: functional and molecular characterization in putative nociceptors, and modulation by nerve injury and serine protease

Résumé Les canaux ioniques ASICs (acid-sensing ion channels) appartiennent à la famille des canaux ENaC/Degenerin. Pour l'instant, quatre gènes (1 à 4) ont été clonés dont certains présentent des variants d'épissage. Leur activation par une acidification rapide du milieu extracellulaire génère un courant entrant transitoire essentiellement sodique accompagné pour certains types d'ASICs d'une phase soutenue. Les ASICs sont exprimés dans le système nerveux, central (SNC) et périphérique (SNP). On leur attribue un rôle dans l'apprentissage, la mémoire et l'ischémie cérébrale au niveau central ainsi que dans la nociception (douleur aiguë et inflammatoire) et la méchanotransduction au niveau périphérique. Toutefois, les données sont parfois contradictoires. Certaines études suggèrent qu'ils sont des senseurs primordiaux impliqués dans la détection de l'acidification et la douleur. D'autres études suggèrent plutôt qu'ils ont un rôle modulateur inhibiteur dans la douleur. De plus, le fait que leur activation génère majoritairement un courant transitoire alors que les fibres nerveuses impliquées dans la douleur répondent à un stimulus nocif avec une adaptation lente suggère que leurs propriétés doivent être modulés par des molécules endogènes. Dans une première partie de ma thèse, nous avons abordé la question de l'expression fonctionnelle des ASICs dans les neurones sensoriels primaires afférents du rat adulte pour clarifier le rôle des ASICs dans les neurones sensoriels. Nous avons caractérisé leurs propriétés biophysiques et pharmacologiques par la technique du patch-clamp en configuration « whole-cell ». Nous avons pu démontrer que près de 60% des neurones sensoriels de petit diamètre expriment des courants ASICs. Nous avons mis en évidence trois types de courant ASIC dans ces neurones. Les types 1 et 3 ont des propriétés compatibles avec un rôle de senseur du pH alors que le type 2 est majoritairement activé par des pH inférieurs à pH6. Le type 1 est médié par des homomers de la sous-unité ASIC1 a qui sont perméables aux Ca2+. Nous avons étudié leur co-expression avec des marqueurs des nocicepteurs ainsi que la possibilité d'induire une activité neuronale suite à une acidification qui soit dépendante des ASICs. Le but était d'associer un type de courant ASIC avec une fonction potentielle dans les neurones sensoriels. Une majorité des neurones exprimant les courants ASIC co-expriment des marqueurs des nocicepteurs. Toutefois, une plus grande proportion des neurones exprimant le type 1 n'est pas associée à la nociception par rapport aux types 2 et 3. Nous avons montré qu'il est possible d'induire des potentiels d'actions suite à une acidification. La probabilité d'induction est proportionnelle à la densité des courants ASIC et à l'acidité de la stimulation. Puis, nous avons utilisé cette classification comme un outil pour appréhender les potentielles modulations fonctionnelles des ASICs dans un model de neuropathie (spared nerve injury). Cette approche fut complétée par des expériences de «quantitative RT-PCR ». En situation de neuropathie, les courants ASIC sont dramatiquement changés au niveau de leur expression fonctionnelle et transcriptionnelle dans les neurones lésés ainsi que non-lésés. Dans une deuxième partie de ma thèse, suite au test de différentes substances sécrétées lors de l'inflammation et l'ischémie sur les propriétés des ASICs, nous avons caractérisé en détail la modulation des propriétés des courants ASICs notamment ASIC1 par les sérines protéases dans des systèmes d'expression recombinants ainsi que dans des neurones d'hippocampe. Nous avons montré que l'exposition aux sérine-protéases décale la dépendance au pH de l'activation ainsi que la « steady-state inactivation »des ASICs -1a et -1b vers des valeurs plus acidiques. Ainsi, l'exposition aux serine protéases conduit à une diminution du courant quand l'acidification a lieu à partir d'un pH7.4 et conduit à une augmentation du courant quand l'acidification alleu à partir d'un pH7. Nous avons aussi montré que cette régulation a lieu des les neurones d'hippocampe. Nos résultats dans les neurones sensoriels suggèrent que certains courants ASICs sont impliqués dans la transduction de l'acidification et de la douleur ainsi que dans une des phases du processus conduisant à la neuropathie. Une partie des courants de type 1 perméables au Ca 2+ peuvent être impliqués dans la neurosécrétion. La modulation par les sérines protéases pourrait expliquer qu'en situation d'acidose les canaux ASICs soient toujours activables. Résumé grand publique Les neurones sont les principales cellules du système nerveux. Le système nerveux est formé par le système nerveux central - principalement le cerveau, le cervelet et la moelle épinière - et le système nerveux périphérique -principalement les nerfs et les neurones sensoriels. Grâce à leur nombreux "bras" (les neurites), les neurones sont connectés entre eux, formant un véritable réseau de communication qui s'étend dans tout le corps. L'information se propage sous forme d'un phénomène électrique, l'influx nerveux (ou potentiels d'actions). A la base des phénomènes électriques dans les neurones il y a ce que l'on appelle les canaux ioniques. Un canal ionique est une sorte de tunnel qui traverse l'enveloppe qui entoure les cellules (la membrane) et par lequel passent les ions. La plupart de ces canaux sont normalement fermés et nécessitent d'être activés pour s'ouvrire et générer un influx nerveux. Les canaux ASICs sont activés par l'acidification et sont exprimés dans tout le système nerveux. Cette acidification a lieu notamment lors d'une attaque cérébrale (ischémie cérébrale) ou lors de l'inflammation. Les expériences sur les animaux ont montré que les canaux ASICs avaient entre autre un rôle dans la mort des neurones lors d'une attaque cérébrale et dans la douleur inflammatoire. Lors de ma thèse je me suis intéressé au rôle des ASICs dans la douleur et à l'influence des substances produites pendant l'inflammation sur leur activation par l'acidification. J'ai ainsi pu montrer chez le rat que la majorité des neurones sensoriels impliqués dans la douleur ont des canaux ASICs et que l'activation de ces canaux induit des potentiels d'action. Nous avons opéré des rats pour qu'ils présentent les symptômes d'une maladie chronique appelée neuropathie. La neuropathie se caractérise par une plus grande sensibilité à la douleur. Les rats neuropathiques présentent des changements de leurs canaux ASICs suggérant que ces canaux ont une peut-être un rôle dans la genèse ou les symptômes de cette maladie. J'ai aussi montré in vitro qu'un type d'enryme produit lors de l'inflammation et l'ischémie change les propriétés des ASICs. Ces résultats confirment un rôle des ASICs dans la douleur suggérant notamment un rôle jusque là encore non étudié dans la douleur neuropathique. De plus, ces résultats mettent en évidence une régulation des ASICs qui pourrait être importante si elle se confirmait in vivo de part les différents rôles des ASICs. Abstract Acid-sensing ion channels (ASICs) are members of the ENaC/Degenerin superfamily of ion channels. Their activation by a rapid extracellular acidification generates a transient and for some ASIC types also a sustained current mainly mediated by Na+. ASICs are expressed in the central (CNS) and in the peripheral (PNS) nervous system. In the CNS, ASICs have a putative role in learning, memory and in neuronal death after cerebral ischemia. In the PNS, ASICs have a putative role in nociception (acute and inflammatory pain) and in mechanotransduction. However, studies on ASIC function are somewhat controversial. Some studies suggest a crucial role of ASICs in transduction of acidification and in pain whereas other studies suggest rather a modulatory inhibitory role of ASICs in pain. Moreover, the basic property of ASICs, that they are activated only transiently is irreconcilable with the well-known property of nociception that the firing of nociceptive fibers demonstrated very little adaptation. Endogenous molecules may exist that can modulate ASIC properties. In a first part of my thesis, we addressed the question of the functional expression of ASICs in adult rat dorsal root ganglion (DRG) neurons. Our goal was to elucidate ASIC roles in DRG neurons. We characterized biophysical and pharmacological properties of ASIC currents using the patch-clamp technique in the whole-cell configuration. We observed that around 60% of small-diameter sensory neurons express ASICs currents. We described in these neurons three ASIC current types. Types 1 and 3 have properties compatible with a role of pH-sensor whereas type 2 is mainly activated by pH lower than pH6. Type 1 is mediated by ASIC1a homomultimers which are permeable to Ca 2+. We studied ASIC co-expression with nociceptor markers. The goal was to associate an ASIC current type with a potential function in sensory neurons. Most neurons expressing ASIC currents co-expressed nociceptor markers. However, a higher proportion of the neurons expressing type 1 was not associated with nociception compared to type 2 and -3. We completed this approach with current-clamp measurements of acidification-induced action potentials (APs). We showed that activation of ASICs in small-diameter neurons can induce APs. The probability of AP induction is positively correlated with the ASIC current density and the acidity of stimulation. Then, we used this classification as a tool to characterize the potential functional modulation of ASICs in the spared nerve injury model of neuropathy. This approach was completed by quantitative RT-PCR experiments. ASICs current expression was dramatically changed at the functional and transcriptional level in injured and non-injured small-diameter DRG neurons. In a second part of my thesis, following an initial screening of the effect of various substances secreted during inflammation and ischemia on ASIC current properties, we characterized in detail the modulation of ASICs, in particular of ASIC1 by serine proteases in a recombinant expression system as well as in hippocampal neurons. We showed that protease exposure shifts the pH dependence of ASIC1 activation and steady-state inactivation to more acidic pH. As a consequence, protease exposure leads to a decrease in the current response if ASIC1 is activated by a pH drop from pH 7.4. If, however, acidification occurs from a basal pH of 7, protease-exposed ASIC1a shows higher activity than untreated ASIC1a. We provided evidence that this bi-directional regulation of ASIC1a function also occurs in hippocampal neurons. Our results in DRG neurons suggest that some ASIC currents are involved in the transduction of peripheral acidification and pain. Furthermore, ASICs may participate to the processes leading to neuropathy. Some Ca 2+-permeable type 1 currents may be involved in neurosecretion. ASIC modulation by serine proteases may be physiologically relevant, allowing ASIC activation under sustained slightly acidic conditions.

Evolution and functional characterisation of the IR chemosensory receptors in the Drosophila larval gustatory system

Chemosensory receptor gene families encode divergent proteins capable of detecting a huge diversity of environmental stimuli that are constantly changing over evolutionary time as organisms adapt to distinct ecological niches. While olfaction is dedicated to the detection of volatile compounds, taste is key to assess food quality for nutritional value and presence of toxic substances. The sense of taste also provides initial signals to mediate endocrine regulation of appetite and food metabolism and plays a role in kin recognition. The fruit fly Drosophila melanogaster is a very good model for studying smell and taste because these senses are very important in insects and because a broad variety of genetic tools are available in Drosophila. Recently, a family of 66 chemosensory receptors, the Ionotropic Receptors (IRs) was described in fruit flies. IRs are distantly related to ionotropic glutamate receptors (iGluRs), but their evolutionary origin from these synaptic receptors is unclear. While 16 IRs are expressed in the olfactory system, nothing is known about the other members of this repertoire. In this thesis, I describe bioinformatic, expression and functional analyses of the IRs aimed at understanding how these receptors have evolved, and at characterising the role of the non-olfactory IRs. I show that these have emerged at the basis of the protostome lineage and probably have acquired their sensory function very early. Moreover, although several IRs are conserved across insects, there are rapid and dramatic changes in the size and divergence of IR repertoires across species. I then performed a comprehensive analysis of IR expression in the larva of Drosophila melanogaster, which is a good model to study taste and feeding mechanisms as it spends most of its time eating or foraging. I found that most of the divergent members of the IR repertoire are expressed in both peripheral and internal gustatory neurons, suggesting that these are involved in taste perception. Finally, through the establishment of a new neurophysiological assay in larvae, I identified for the first time subsets of IR neurons that preferentially detect sugars and amino acids, indicating that IRs might be involved in sensing these compounds. Together, my results indicate that IRs are an evolutionarily dynamic and functionally versatile family of receptors. In contrast to the olfactory IRs that are well-conserved, gustatory IRs are rapidly evolving species-specific receptors that are likely to be involved in detecting a wide variety of tastants. - La plupart des animaux possèdent de grandes familles de récepteurs chimiosensoriels dont la fonction est de détecter l'immense diversité de composés chimiques présents dans l'environnement. Ces récepteurs évoluent en même temps que les organismes s'adaptent à leur écosystème. Il existe deux manières de percevoir ces signaux chimiques : l'olfaction et le goût. Alors que le système olfactif perçoit les composés volatiles, le sens du goût permet d'évaluer, par contact, la qualité de la nourriture, de détecter des substances toxiques et de réguler l'appétit et le métabolisme. L'un des organismes modèles les plus pertinents pour étudier le sens du goût est le stade larvaire de la mouche du vinaigre Drosophila melanogaster. En effet, la principale fonction du stade larvaire est de trouver de la nourriture et de manger. De plus, il est possible d'utiliser tous les outils génétiques développés chez la drosophile. Récemment, une nouvelle famille de 66 récepteurs chimiosensoriels appelés Récepteurs Ionotropiques (IRs) a été découverte chez la drosophile. Bien que leur orogine soit peu claire, ces récepteurs sont similaires aux récepteurs ionotropiques glutamatergiques impliqués dans la transmission synaptique. 16 IRs sont exprimés dans le système olfactif de la mouche adulte, mais pour l'instant on ne connaît rien des autres membres de cette famille. Durant ma thèse, j'ai effectué des recherches sur l'évolution de ces récepteurs ainsi que sur l'expression et la fonction des IRs non olfactifs. Je démontre que les IRs sont apparus chez l'ancêtre commun des protostomiens et ont probablement acquis leur fonction sensorielle très rapidement. De plus, bien qu'un certain nombre d'IRs olfactifs soient conservés chez les insectes, d'importantes variations dans la taille et la divergence des répertoires d'IRs entre les espèces ont été constatées. J'ai également découvert qu'un grand nombre d'IRs non olfactifs sont exprimés dans différents organes gustatifs, ce qui leur confère probablement une fonction dans la perception des goûts. Finalement, pour la première fois, des neurones exprimant des IRs ont été identifiés pour leur fonction dans la perception de sucres et d'acides aminés chez la larve. Mes résultats présentent les IRs comme une famille très dynamique, aux fonctions très variées, qui joue un rôle tant dans l'odorat que dans le goût, et dont la fonction est restée importante tout au long de l'évolution. De plus, l'identification de neurones spécialisés dans la perception de certains composés permettra l'étude des circuits neuronaux impliqués dans le traitement de ces informations.