L'étude in vivo de l'impact de la pression pulsée sur les capillaires cérébraux de souris

Plusieurs décennies de recherche ont permis de mieux comprendre les effets de l’athérosclérose sur le système cardiovasculaire, d’améliorer la prévention et de développer des traitements efficaces. Les effets de l’athéroslérose sur le cerveau demeurent toutefois mal compris même si le lien entre le fonctionnement cognitif et la santé du système vasculaire est maintenant bien établi. La venue de nouvelles méthodes d’imagerie telle la microscopie laser à 2-photons (TPLM) permet d’étudier l’impact de certaines maladies sur la microvasculature cérébrale en mesurant le flux sanguin dans des vaisseaux uniques situés dans des régions cérébrales millimétriques sous la surface. Les résultats des études in vitro peuvent dorénavant être corrélés à ceux obtenus in vivo. En premier lieu, ce mémoire revoit la théorie ayant permis le développement de la TPLM qui permet de prendre des mesures hémodynamiques in vivo dans des vaisseaux de très petits calibres tels des capillaires cérébraux de souris. Par la suite, son utilisation est décrite chez des souris anesthésiées afin de comparer les mesures d’hémodynamie cérébrale tels la vitesse des globules rouges, le flux de globules rouges, le flux sanguin cérébral, l’hématocrite sanguin et le diamètre des vaisseaux. Finalement, nous avons comparé les données hémodynamiques entre des souris de 3 mois normales (WT ; n=6) et des souris atteintes d’athérosclérose précoce (ATX ; n=6). Les résultats obtenus sur un nombre total de 209 capillaires (103 pour les souris WT et 106 pour les souris ATX) démontrent que les souris ATX possèdent une vitesse des globules rouges (+40%) plus grande, un flux de globule rouge plus grand (+12%) et un flux capillaire plus élevé (+14%) sans démontrer pour aucun de ces paramètres, une différence statistiquement significative. L’hématocrite moyen (35±4% vs 33±2% ; p=0.71) et le diamètre moyen des vaisseaux (4.88±0.22μm vs 4.86±0.20μm ; p=0.23) étaient également comparables. La vitesse des globules rouges a démontré une faible corrélation avec le diamètre des vaisseaux (r=0.39) et avec le flux de globules rouges/seconde (r=0.59). En conclusion, les travaux menés dans le cadre de ce mémoire de maîtrise permettent d'envisager, grâce aux nouvelles méthodes d’imagerie cérébrale telle la TPLM, une meilleure compréhension des mécanismes hémodynamiques sous-jacents à la microcirculation cérébrale. L’effet d’une pression pulsée augmentée, tel que proposée dans l’athérosclérose reste cependant à démontrer avec cette méthode d’imagerie.

Factores de riesgo para convulsiones tras cirugía cardiaca con acido tranexamico: estudio de casos y controles, FCI

La cirugía cardiaca con circulación extracorpórea tiene riesgo de lesión del sistema nervioso central que impacta negativamente el desenlace postoperatorio. Su espectro es variable siendo lo más frecuente la lesión isquémica. Sin embargo esta no es la única complicación neurológica, las convulsiones también tienen un impacto significativo sobre la morbimortalidad y se asocian a un incremento de la estancia hospitalaria. Mientras que los eventos isquémicos tras cirugía cardiaca están bien caracterizados, existen pocos datos acerca de las convulsiones postoperatorias de origen no isquémico. Dentro de las teorías postuladas para explicar estos fenómenos llama la atención el potencial epileptogénico de los medicamentos antifibrinolíticos, ampliamente utilizados con el objetivo de minimizar el sangrado y reducir la exposición a hemoderivados. Numerosos reportes sugieren que el ácido tranexámico puede inducir actividad convulsiva en el postoperatorio. El objetivo de este estudio retrospectivo de casos y controles fue examinar los factores asociados con convulsiones postoperatorias en pacientes sometidos a cirugía cardiaca con circulación extracorpórea que recibieron ácido tranexámico. Todos los pacientes sometidos a cirugía cardiaca con circulación extracorpórea entre Enero de 2008 y Diciembre de 2009 fueron identificados. Los casos se definieron como aquellos pacientes que convulsionaron y requirieron inicio de anticonvulsivantes dentro de las 48 horas post-quirúrgicas. Los criterios de exclusión incluyeron epilepsia preexistente y pacientes con alguna lesión isquémica nueva en neuroimágen. Los controles fueron seleccionados aleatoriamente a partir de la cohorte inicial. Se analizaron un total de 28 casos y 112 controles. Se evidenció una asociación entre disfunción renal, valores elevados de creatinina preoperatoria y convulsiones postoperatorias.

Regulation of the neural circuitry of emotion by compassion meditation: effects of meditative expertise

Recent brain imaging studies using functional magnetic resonance imaging (fMRI) have implicated insula and anterior cingulate cortices in the empathic response to another's pain. However, virtually nothing is known about the impact of the voluntary generation of compassion on this network. To investigate these questions we assessed brain activity using fMRI while novice and expert meditation practitioners generated a loving-kindness-compassion meditation state. To probe affective reactivity, we presented emotional and neutral sounds during the meditation and comparison periods. Our main hypothesis was that the concern for others cultivated during this form of meditation enhances affective processing, in particular in response to sounds of distress, and that this response to emotional sounds is modulated by the degree of meditation training. The presentation of the emotional sounds was associated with increased pupil diameter and activation of limbic regions (insula and cingulate cortices) during meditation (versus rest). During meditation, activation in insula was greater during presentation of negative sounds than positive or neutral sounds in expert than it was in novice meditators. The strength of activation in insula was also associated with self-reported intensity of the meditation for both groups. These results support the role of the limbic circuitry in emotion sharing. The comparison between meditation vs. rest states between experts and novices also showed increased activation in amygdala, right temporo-parietal junction (TPJ), and right posterior superior temporal sulcus (pSTS) in response to all sounds, suggesting, greater detection of the emotional sounds, and enhanced mentation in response to emotional human vocalizations for experts than novices during meditation. Together these data indicate that the mental expertise to cultivate positive emotion alters the activation of circuitries previously linked to empathy and theory of mind in response to emotional stimuli.

Increased resting state functional connectivity in the default mode network in recovered anorexia nervosa.

Functional brain imaging studies have shown abnormal neural activity in individuals recovered from anorexia nervosa (AN) during both cognitive and emotional task paradigms. It has been suggested that this abnormal activity which persists into recovery might underpin the neurobiology of the disorder and constitute a neural biomarker for AN. However, no study to date has assessed functional changes in neural networks in the absence of task-induced activity in those recovered from AN. Therefore, the aim of this study was to investigate whole brain resting state functional connectivity in nonmedicated women recovered from anorexia nervosa. Functional magnetic resonance imaging scans were obtained from 16 nonmedicated participants recovered from anorexia nervosa and 15 healthy control participants. Independent component analysis revealed functionally relevant resting state networks. Dual regression analysis revealed increased temporal correlation (coherence) in the default mode network (DMN) which is thought to be involved in self-referential processing. Specifically, compared to healthy control participants the recovered anorexia nervosa participants showed increased temporal coherence between the DMN and the precuneus and the dorsolateral prefrontal cortex/inferior frontal gyrus. The findings support the view that dysfunction in resting state functional connectivity in regions involved in self-referential processing and cognitive control might be a vulnerability marker for the development of anorexia nervosa.

Endocannabinoid signaling in autism

Autism spectrum disorder (ASD) is a complex behavioral condition with onset during early childhood and a lifelong course in the vast majority of cases. To date, no behavioral, genetic, brain imaging, or electrophysiological test can specifically validate a clinical diagnosis of ASD. However, these medical procedures are often implemented in order to screen for syndromic forms of the disorder (i.e., autism comorbid with known medical conditions). In the last 25 years a good deal of information has been accumulated on the main components of the “endocannabinoid (eCB) system”, a rather complex ensemble of lipid signals (“endocannabinoids”), their target receptors, purported transporters, and metabolic enzymes. It has been clearly documented that eCB signaling plays a key role in many human health and disease conditions of the central nervous system, thus opening the avenue to the therapeutic exploitation of eCB-oriented drugs for the treatment of psychiatric, neurodegenerative, and neuroinflammatory disorders. Here we present a modern view of the eCB system, and alterations of its main components in human patients and animal models relevant to ASD. This review will thus provide a critical perspective necessary to explore the potential exploitation of distinct elements of eCB system as targets of innovative therapeutics against ASD.

On the role of synchrony for neuron-astrocyte interactions and perceptual conscious processing

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Padrões neuropatológicos nas substâncias branca e cinzenta revelados por tomografia computadorizada ou ressonância magnética e déficits neurológicos correspondentes em crianças e com encefalopatia crônica não progressiva da infância

A Encefalopatia Crônica Não Progressiva da Infância (ECNP) é a sequela neurológica com maior comprometimento motor para a criança, e continua sendo na atualidade a hipóxicoisquemia perinatal a maior causa de lesão cerebral. É conhecida como Paralisia Cerebral, sendo definida por uma sequela de agressão encefálica, caracterizada, principalmente, por um transtorno persistente, mas não invariável do tônus, da postura e do movimento, que aparece na primeira infância. A caracterização da ECNP se faz considerando as condições anatômicas, etiológicas, semiológicas e não evolutiva. Neste estudo adotou-se a classificação baseada em aspectos anatômicos e clínicos, que enfatizam o sintoma motor, enquanto elemento principal do quadro clínico. A neuroimagem tem fundamental importância para o diagnóstico e prognóstico de lesões cerebrais, exercendo a importante função de descartar ou confirmar a presença de lesões em recém-nascidos e nas crianças com alterações no desenvolvimento. A Tomografia Cerebral (TAC) e a Ressonância Magnética do Crânio (RM) vêm desempenhando enorme papel para o estudo dos vários tecidos que constituem o sistema nervoso. Assim este estudo teve o objetivo geral de avaliar os padrões neuropatológicos nas substâncias branca e cinzenta, obtidos por TAC ou RM de Crânio, de pacientes com história clínica de ECNP hipóxico-isquêmica perinatal, correlacionando os dados obtidos por neuroimagem com os padrões motores obtidos por exame clínico-neurológico. Foram obedecidas as normas vigentes para estudo em seres humanos impostas pela Resolução CNS 196/96, submetida ao Comitê de Ética e Pesquisa da Plataforma Brasil sob o Nº 112168. A população foi constituída por pacientes com idade de zero a sete anos, de ambos os sexos, atendidos no Ambulatório de Paralisia Cerebral do Projeto Caminhar do Hospital Universitário Bettina Ferro de Souza (HUBFS), com diagnóstico de ECNP. A amostra do estudo foi composta por 15 crianças com diagnóstico de ECNP por Hipóxia neonatal. Para o diagnóstico radiológico em neuroimagem foram utilizados os dados dos laudos da TAC e da RM de Crânio. A avaliação clínico-neurológica utilizou para a avaliação do movimento o modelo da escala Gross Motor Function Classification System (GMFCS E&R), elaborada por Palisano, que gradua a criança em cinco níveis no qual o Nível I corresponde à normalidade e o Nível V a maior gravidade de limitação. Das 15 crianças avaliadas quanto ao movimento e a relação do Nível de Motricidade pela GMFCS E&R 05 crianças apresentavam nível V, 04 crianças nível IV, 05 crianças nível III e 01 criança nível II. Quanto ao imageamento cerebral 46% realizaram TAC e 54% RM do Crânio. A RM de Crânio apresentou-se neste estudo como a imagem de eleição, pois das 8 crianças que realizaram o exame, 6 apresentavam alterações. Ficou evidente que o exame por imagem de eleição para a criança que apresenta Encefalopatia Crônica não Progressiva é a RM de Crânio, podendo se adotar como protocolo para a conclusão diagnóstica, evitando expor a criança a uma carga elevada de RX como ocorre na TAC, e ainda, evitando gastos desnecessários para a saúde pública.

The 3rd Schizophrenia International Research Society Conference, 14-18 April 2012, Florence, Italy: Summaries of oral sessions

The 3rd Schizophrenia International Research Society Conference was held in Florence, Italy, April 14-18, 2012 and this year had as its emphasis, "The Globalization of Research". Student travel awardees served as rapporteurs for each oral session and focused their summaries on the most significant findings that emerged and the discussions that followed. The following report is a composite of these summaries. We hope that it will provide an overview for those who were present, but could not participate in all sessions, and those who did not have the opportunity to attend, but who would be interested in an update on current investigations ongoing in the field of schizophrenia research. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Abnormal resting state corticolimbic blood flow in depressed unmedicated patients with major depression: A 15O-H2O PET study

We investigated the differences in the resting state corticolimbic blood flow between 20 unmedicated depressed patients and 21 healthy comparisons. Resting state cerebral blood flow (CBF) was measured with H215O PET. Anatomical MRI scans were performed on an Elscint 1.9 T Prestige system for PET-MRI coregistration. Significant changes in cerebral blood flow indicating neural activity were detected using an ROI-free image subtraction strategy. In addition, the resting blood flow in patients was correlated with the severity of depression as measured by HAM-D scores. Depressed patients showed decreases in blood flow in right anterior cingulate (Brodmann areas 24 and 32) and increased blood flow in left and right posterior cingulate (Brodmann areas 23, 29, 30), left parahippocampal gyrus (Brodmann area 36), and right caudate compared with healthy volunteers. The severity of depression was inversely correlated with the left middle and inferior frontal gyri (Brodmann areas 9 and 47) and right medial frontal gyrus (Brodmann area 10) and right anterior cingulate (Brodmann areas 24, 32) blood flow, and directly correlated with the right thalamus blood flow. These findings support previous reports of abnormalities in the resting state blood flow in the limbic-frontal structures in depressed patients compared to healthy volunteers. Hum Brain Mapp, 2012. (C) 2011 Wiley Periodicals, Inc.

Funktionelle Magnetresonanztomographie mittels simultaner EEG-Registrierung interiktaler Spikes bei fokaler Epilepsie: Vergleich der on-, off- mit der häufigkeitskorrelierten Datenanalyse

Obwohl die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) interiktaler Spikes mit simultaner EEG-Ableitung bei Patienten mit fokalen Anfallsleiden seit einigen Jahren zur Lokalisation beteiligter Hirnstrukturen untersucht wird, ist sie nach wie vor eine experimentelle Methode. Um zuverlässig Ergebnisse zu erhalten, ist insbesondere die Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses in der statistischen Bilddatenauswertung von Bedeutung. Frühere Untersuchungen zur sog. event-related fMRI weisen auf einen Zusammenhang zwischen Häufigkeit von Einzelreizen und nachfolgender hämodynamischer Signalantwort in der fMRI hin. Um einen möglichen Einfluss der Häufigkeit interiktaler Spikes auf die Signalantwort nachzuweisen, wurden 20 Kinder mit fokaler Epilepsie mit der EEG-fMRI untersucht. Von 11 dieser Patienten konnten die Daten ausgewertet werden. In einer zweifachen Analyse mit dem Softwarepaket SPM99 wurden die Bilddaten zuerst ausschließlich je nach Auftreten interiktaler Spikes der „Reiz“- oder „Ruhe“-Bedingung zugeordnet, unabhängig von der jeweiligen Anzahl der Spikes je Messzeitpunkt (on/off-Analyse). In einem zweiten Schritt wurden die „Reiz“- Bedingungen auch differenziert nach jeweiliger Anzahl einzelner Spikes ausgewertet (häufigkeitskorrelierte Analyse). Die Ergebnisse dieser Analysen zeigten bei 5 der 11 Patienten eine Zunahme von Sensitivität und Signifikanzen der in der fMRI nachgewiesenen Aktivierungen. Eine höhere Spezifität konnte hingegen nicht gezeigt werden. Diese Ergebnisse weisen auf eine positive Korrelation von Reizhäufigkeit und nachfolgender hämodynamischer Antwort auch bei interiktalen Spikes hin, welche für die EEG-fMRI nutzbar ist. Bei 6 Patienten konnte keine fMRI-Aktivierung nachgewiesen werden. Mögliche technische und physiologische Ursachen hierfür werden diskutiert.

Neuroökonomie = (Neuroeconomics): Neuronale Mechanismen ökonomischer Entscheidungen

Ökonomische Entscheidungen sind ebenso wie alltägliche Entscheidungen von der Aktivität von Hirnregionen abhängig, die zur Kontrolle verschiedener Teilschritte der Entscheidung beitragen. Aktivierung und Desaktivierung dieser Hirnregionen können mit Hilfe moderner bildgebender Verfahren, wie z.B. der funktionellen Magnet-Resonanz-Tomographie (fMRI) dargestellt werden. Die vorliegende Publikation gibt einen Überblick über das interdisziplinäre wissenschaftliche Arbeitsgebiet der „Neuroökonomie“ – einem jungen Forschungsfeld der Neurowissenschaften. Dieser Überblick ist auf sieben Hauptaspekte ökonomischer und finanzieller Entscheidungen fokusiert: 1. In welcher Weise werden ökonomische Parameter wie Wert und Nutzen einer Belohnung, Gewinn oder Verlust, Risiko und Ungewissheit in spezifischen Hirnregionen abgebildet? 2. In welcher spezifischen Weise tragen anatomisch definierte Areale des Gehirns zum Entscheidungsprozess bei? 3. In welcher Weise sind die Entscheidungsprozesse durch Läsion entscheidungsrelevanter Areale des Gehirns gestört? 4. In welcher Weise sind Hirnregionen, die an den Prozessen der Entscheidung beteiligt sind, miteinander vernetzt, um durch Interaktion die Entscheidung herbeizuführen? 5. In welcher Weise ist der Entscheidungsprozess von Persönlichkeitseigenschaften, von genetischen Variationen neuronaler Funktionen und von physiologischer Regulation, z.B. durch Hormone bestimmt? 6. In welcher Weise hängt der Entscheidungsprozess vom sozialen und kulturellen Umfeld des Entscheiders ab? 7. Auf welche Weise werden bei unvollständiger Information über die Optionen der Entscheidung Heuristiken oder Intuitionen genutzt, und in welcher Weise sind Entscheidungen durch Biases beeinflussbar? Der zentrale Teil dieser Publikation gibt einen zusammenfassenden Überblick (review) über die Ergebnisse neuroökonomischer Studien, die die fMRI-Technik nutzen (bis Juni 2010).

Cerebro-corticale und subcorticale Prozessierung vestibulärer Informationen im intakten und lädierten System der Ratte (Micro-PET-Studie)

In dieser Studie wurde anhand des Modells der Ratte das Gleichgewichtssystem auf cerebro-corticaler Ebene untersucht, und das Verhalten des Gehirns nach akuten sowie chronischen Ausfällen mit funktioneller Bildgebung untersucht. rnMit der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) kann die Metabolismusrate bestimmter Gehirnareale gemessen werden. Narkotisierte Tiere wurden unter galvanischer vestibulärer Stimulation im PET gemessen und die Ergebnisse wurden mit Kontrollstimulations-Messungen verglichen. Es konnten verschiedene Areale, die eine erhöhte Stoffwechselaktivität aufwiesen, ermittelt werden. Dazu gehören der somatosensorische und der insuläre Cortex, Teile des auditorischen Cortexes, der anteriore cinguläre sowie der entorhinale Cortex. Subcorticale Strukturen wie der Hippocampus, die Amygdala sowie die latero-dorsalen thalamischen Kerne wiesen ebenfalls erhöhten Stoffwechsel unter vestibulärer Stimulation auf. rnBei dieser PET-Studie handelt es sich um die erste funktionell-bildgebende Studie, die Verarbeitung vestibulärer Informationen bei Ratten in vivo darstellt. Die anatomische Verbindung der gefundenen Areale wurde mit anterograden und retrograden neuronalen Tracings unterstützt. rnDarüber hinaus wurde markiertes Gewebe, welches die Verbindung zwischen thalamischen und cerebro-corticalen Kernen der vestibulären Verschaltung aufweist, immunhistochemisch auf dessen Neurotransmission hin untersucht. Das katecholaminergen und dem opioidergen System wurde untersucht. Eine Beteiligung katecholaminerger Transmitter konnte nicht nachgewiesen werden. Neurone im somatosensorischen Cortex, die positiv auf einen Opioid-Rezeptor-Antikörper getestet wurden erhalten anterograd markierte Terminale aus dem thalamischen Kern LDDM, der mittels der PET als vestibulär identifiziert werden konnte. rnBasierend auf den Ergebnissen der ersten bildgebenden Studie wurde in einer zweiten funktionell-bildgebenden Studie die zentral-vestibuläre Verschaltung unterbrochen, indem relevante thalamische Kerngebiete (LDDM, LDVL) elektrolytisch zerstört wurden. Die Stoffwechselaktivität wurde anschließend bei diesen Tieren an verschiedenen Zeitpunkten nach der Läsion im PET unter vestibulärer Stimulation gemessen. Die Stoffwechselaktivität dieser Tiere wurde mit der Stoffwechselaktivität von Kontroll-Tieren verglichen. rnBei dieser Studie wurde zum ersten Mal, mittels funktioneller Bildgebung gezeigt, welche Bereiche des Gehirns nach akuter und chronischer Läsion des vestibulären Systems an Kompensationsmechanismen beteiligt sind. Alle Gehirnareale, die in verschiedenen Zeitfenstern (1, 3, 7 und 20 Tage nach Läsion) erhöhten Metabolismus aufweisen, sind Teil der vestibulären Verschaltung. Es handelt sich dabei um Areale der Okulomotorik und des räumlichen Gedächtnisses: das Postsubiculum, den Colliculus superior, das mediale Corpus geniculatum, den entorhinalen Cortex sowie die Zona incerta.rn

Geometry-Aware Multiscale Image Registration via OBBTree-Based Polyaffine Log-Demons

Non-linear image registration is an important tool in many areas of image analysis. For instance, in morphometric studies of a population of brains, free-form deformations between images are analyzed to describe the structural anatomical variability. Such a simple deformation model is justified by the absence of an easy expressible prior about the shape changes. Applying the same algorithms used in brain imaging to orthopedic images might not be optimal due to the difference in the underlying prior on the inter-subject deformations. In particular, using an un-informed deformation prior often leads to local minima far from the expected solution. To improve robustness and promote anatomically meaningful deformations, we propose a locally affine and geometry-aware registration algorithm that automatically adapts to the data. We build upon the log-domain demons algorithm and introduce a new type of OBBTree-based regularization in the registration with a natural multiscale structure. The regularization model is composed of a hierarchy of locally affine transformations via their logarithms. Experiments on mandibles show improved accuracy and robustness when used to initialize the demons, and even similar performance by direct comparison to the demons, with a significantly lower degree of freedom. This closes the gap between polyaffine and non-rigid registration and opens new ways to statistically analyze the registration results.

'A rose is a rose is a rose', but at-risk criteria differ

Background: Over the last 15 years, efforts to detect psychoses early in their prodromal states have greatly progressed; meanwhile, ultra-high risk (UHR) criteria have been the subject of such consensus that parts of them have been proposed for inclusion in DSM-5 in terms of an attenuated psychosis syndrome. However, it is frequently unacknowledged that the definitions and operationalizations of UHR-related at-risk criteria, including the relevant attenuated psychotic symptoms, vary considerably across centers and time and, thus, between prediction studies. Methods: These variations in UHR criteria are described and discussed with reference to the rates of transition to psychosis, their prevalence in the general population and the proposed new operationalization of the attenuated psychosis syndrome. Results: A comparison of samples recruited according to different UHR operationalizations reveals differences in the distribution of UHR criteria and transition rates as well as in the prevalence rates of at-risk criteria in the general population. Conclusion: The evidence base for the introduction of such a new syndrome is weaker than the number of studies using supposedly equal UHR criteria would at first suggest. Thus, studies comparing the effects of different (sub-)criteria not only on transition rates and outcomes but also on other important aspects, such as neurocognitive performance and brain imaging results, are necessary. Meanwhile, the preliminary attenuated psychosis syndrome in DSM-5 should not follow an altogether new definition but, rather, the currently most reliable UHR definition, which must still demonstrate its reliability and validity outside specialized psychiatric services.