Plasticité synaptique dans l’aire tegmentaire ventrale : implication des endocannabinoïdes

Le système dopaminergique (DA) méso-corticolimbique du cerveau, qui prend son origine dans l'aire tegmentaire ventrale (ATV), est fortement impliqué dans les comportements motivés et la toxicomanie. Les drogues d'abus activent ce système et y induisent une plasticité synaptique de longue durée. Les neurones DA de l'ATV reçoivent sur leur arborisation dendritique une grande densité de terminaisons glutamatergiques. Les drogues d'abus induisent une potentialisation à long terme (PLT) de ces contacts glutamatergiques. La PLT est une augmentation prolongée de la transmission synaptique, qui semble sous-tendre la mémoire et l'apprentissage. Les endocannabinoïdes (ECs) sont des neurotransmetteurs qui agissent de façon rétrograde sur des récepteurs présynaptiques (CB1) pour diminuer la libération des neurotransmetteurs comme le glutamate. Les neurones libèrent les ECs à partir de leur compartiment somatodendritique suite à une stimulation des afférences et la dépolarisation membranaire qui s’ensuit. La neurotensine (NT) est un neuropeptide retrouvé de façon abondante dans le système DA du cerveau. Il a été découvert que la NT peut induire la libération des ECs dans le striatum. En faisant appel à une combinaison d’approches immunohistochimique, électrophysiologique et pharmacologique chez la souris, nous avons confirmé dans la première étude de cette thèse la présence des récepteurs CB1 sur les terminaisons glutamatergiques des neurones DA de l'ATV, et avons montré que leur activation induit une diminution de la libération de glutamate. Par ailleurs, nous avons montré que des trains de stimulation peuvent induire la libération des ECs. Nous avons découvert qu'en présence d'un antagoniste des récepteurs CB1, il y a facilitation de l’induction de la PLT. Cette observation suggère que les ECs ont un effet inhibiteur sur l’induction de la PLT, plutôt que sur son expression. Nous avons déterminé que le 2-arachidonoylglycerol (2-AG) est l’EC qui est principalement responsable de cette action inhibitrice. Finalement, la PLT induite en présence d’un antagoniste CB1 est aussi dépendante d'une activation des récepteurs NMDA du glutamate. Les travaux réalisés dans la deuxième étude de cette thèse ont montré que la NT est présente dans une sous-population de terminaisons axonales glutamatergiques dans l’ATV. Une application exogène de NT induit une diminution prolongée de l'amplitude des courants postsynaptiques excitateurs (CPSEs). Cette diminution est bloquée en présence d'un antagoniste non-sélectif des récepteurs à la NT, ainsi qu'en présence d'un antagoniste sélectif pour le récepteur de NT de type 1 (NTS1). Confirmant l’implication d’une production d’ECs, la baisse des CPSEs par la NT a été bloquée en présence d’un antagoniste des récepteurs CB1 ou d’un bloqueur de la synthèse de 2-AG. La chélation du calcium intracellulaire n'empêchait pas l’effet inhibiteur de la NT sur les CPSEs, cependant, l'inhibition des protéines G ou de la phospholipase C a complètement bloqué la dépression synaptique induite par la NT. Par ailleurs, nos travaux ont montré que la nature prolongée de la dépression synaptique induite par la NT exogène s’explique par une libération soutenue des ECs, et non pas à une activation prolongée des NTR. Finalement, notre observation qu’un antagoniste des récepteurs de la NT ne facilite pas l’induction de la PLT, comme le fait un antagoniste du récepteur CB1, suggère que la stimulation répétitive des afférences glutamatergiques nécessaire à l’induction de la PLT n’induit pas de libération des ECs via la libération de NT, nous permettant ainsi de conclure que la sécrétion de NT n'agit pas dans ces conditions comme un facteur de régulation négative de la PLT.

Neurotensinergic modulation of glutamatergic neurotransmission in VTA neurons.

L’aire tegmentaire ventrale (VTA) contient une forte densité de terminaisons neurotensinergiques ainsi que des récepteurs à la surface des neurones dopaminergiques et non-dopaminergiques. Le VTA a été impliqué dans des maladies comme la schizophrénie, les psychoses et l’abus de substance. Les drogues d’abus sont connues pour induire le phénomène de sensibilisation - un processus de facilitation par lequel l’exposition à un stimulus produit une réponse augmentée lors de l’exposition subséquente au même stimulus. La sensibilisation se développe dans le VTA et implique mécanismes dopaminergiques et glutamatergiques. Il a été montré que les antagonistes neurotensinergiques bloquaient le développement de la sensibilisation et certains mécanismes de récompense et ces effets pourraient être médiés indirectement par une modulation de la neurotransmission glutamatergique. Cependant, on connaît peu les mécanismes de modulation de la transmission glutamatergique par la neurotensine (NT) dans le VTA. Le but de la présente thèse était d’étudier la modulation neurotensinergique de la neurotransmission glutamatergique dans les neurones dopaminergiques et non-dopaminergiques du VTA. Pour ce faire, nous avons utilisé la technique du patch clamp dans la cellule entière dans des tranches horizontales du VTA pour étudier les effets de différents agonistes et antagonistes neurotensinergiques. Les neurones ont été identifié comme Ih+ (présumés dopaminergiques) ou Ih- (présumés non-dopaminergiques) selon qu’ils exprimaient ou non un courant cationique activé par l’hyperpolarisation (Ih). Des techniques d’immunocytochimie ont été utilisées pour marquer les neurones et vérifier leur localisation dans le VTA. Dans une première étude nous avons trouvé que la neurotensine indigène (NT1-13) ou son fragment C-terminal, NT8-13, induisait une augmentation comparable des courants postsynaptiques excitateurs glutamatergiques (CPSEs) dans les neurones Ih+ ou Ih- du VTA. L'augmentation induite dans les neurones Ih+ par la NT8-13 a été bloquée par le SR48692, un antagoniste des récepteurs NTS1, et par le SR142948A, un antagoniste des récepteurs NTS1 et NTS2, suggérant que l'augmentation était médiée par l’activation des récepteurs NTS1. Dans les neurones Ih- l'augmentation n’a été bloquée que par le SR142948A indiquant une implication des récepteurs NTS2. Dans une deuxième étude, nous avons testé les effets de la D-Tyr[11]NT (un analogue neurotensinergique ayant différentes affinités de liaison pour les sous-types de récepteurs neurotensinergiques) sur les CPSEs glutamatergiques dans les neurones Ih+ et Ih- en parallèle avec une série d’expériences comportementales utilisant un paradigme de préférence de place conditionnée (PPC) menée dans le laboratoire de Pierre-Paul Rompré. Nous avons constaté que la D-Tyr[11]NT induisaient une inhibition dépendante de la dose dans les neurones Ih+ médiée par l'activation de récepteurs NTS2. En revanche, la D-Tyr[11]NT a produit une augmentation des CPSEs glutamatergiques médiée par des récepteurs NTS1 dans les neurones Ih-. Les résultats des expériences comportementales ont montré que des microinjections bilatérales de D-Tyr[11]NT dans le VTA induisait une PPC bloquée uniquement par la co-injection de SR142948A et SR48692, indiquant un rôle pour les deux types de récepteurs, NTS1 et NTS2. Cette étude nous a permis de conclure que i) la D-Tyr[11]NT agit dans le VTA via des récepteurs NTS1 et NTS2 pour induire un effet de récompense et ii) que cet effet est dû, au moins en partie, à une augmentation de la neurotransmission glutamatergique dans les neurones non-dopaminergiques (Ih-). Dans une troisième étude nous nous sommes intéressés aux effets de la D-Tyr[11]NT sur les réponses isolées médiées par les récepteurs N-méthyl-D-aspartate (NMDA) et acide α-amino-3- hydroxy-5-méthyl-4-isoxazolepropionique (AMPA) dans les neurones du VTA. Nous avons constaté que dans les neurones Ih+ l’amplitude des CPSEs NMDA et AMPA étaient atténuées de la même manière par la D-Tyr[11] NT. Cette modulation des réponses était médiée par les récepteurs NTS1 et NTS2. Au contraire, dans les neurones Ih-, l’amplitude des réponses NMDA et AMPA étaient augmentées en présence de D-Tyr[11]NT et ces effets dépendaient de l’activation des récepteurs NTS1 localisés sur les terminaisons glutamatergiques. Ces résultats fournissent une preuve supplémentaire que le NT exerce une modulation bidirectionnelle sur la neurotransmission glutamatergique dans les neurones du VTA et met en évidence un nouveau type de modulation peptidergique des neurones non-dopaminergiques qui pourrait être impliqué dans la sensibilisation. En conclusion, la modulation neurotensinergique de la neurotransmission glutamatergique dans les neurones dopaminergiques et non-dopaminergiques du VTA se fait en sens opposé soit, respectivement, par une inhibition ou par une excitation. De plus, ces effets sont médiés par différents types de récepteurs neurotensinergiques. En outre, nos études mettent en évidence une modulation peptidergique de la neurotransmission glutamatergique dans le VTA qui pourrait jouer un rôle important dans les mécanismes de lutte contre la toxicomanie.

La socialización medial.

El artículo forma parte de la sección de la revista: Reflexiones. Resumen de la revista

Inverse amygdala and medial prefrontal cortex responses to surprised faces

Here we show inverse fMRI activation patterns in amygdala and medial prefrontal cortex (mPFC) depending upon whether subjects interpreted surprised facial expressions positively or negatively. More negative interpretations of surprised faces were associated with greater signal changes in the right ventral amygdala, while more positive interpretations were associated with greater signal changes in the ventral mPFC. Accordingly, signal change within these two areas was inversely correlated. Thus, individual differences in the judgment of surprised faces are related to a systematic inverse relationship between amygdala and mPFC activity, a circuitry that the animal literature suggests is critical to the assessment of stimuli that predict potential positive vs negative outcomes.

Individual differences in some (but not all) medial prefrontal regions reflect cognitive demand while regulating unpleasant emotion.

The present study investigated the premise that individual differences in autonomic physiology could be used to specify the nature and consequences of information processing taking place in medial prefrontal regions during cognitive reappraisal of unpleasant pictures. Neural (blood oxygenation level-dependent functional magnetic resonance imaging) and autonomic (electrodermal [EDA], pupil diameter, cardiac acceleration) signals were recorded simultaneously as twenty-six older people (ages 64–66 years) used reappraisal to increase, maintain, or decrease their responses to unpleasant pictures. EDA was higher when increasing and lower when decreasing compared to maintaining. This suggested modulation of emotional arousal by reappraisal. By contrast, pupil diameter and cardiac acceleration were higher when increasing and decreasing compared to maintaining. This suggested modulation of cognitive demand. Importantly, reappraisal-related activation (increase, decrease > maintain) in two medial prefrontal regions (dorsal medial frontal gyrus and dorsal cingulate gyrus) was correlated with greater cardiac acceleration (increase, decrease > maintain) and monotonic changes in EDA (increase > maintain > decrease). These data indicate that these two medial prefrontal regions are involved in the allocation of cognitive resources to regulate unpleasant emotion, and that they modulate emotional arousal in accordance with the regulatory goal. The emotional arousal effects were mediated by the right amygdala. Reappraisal-related activation in a third medial prefrontal region (subgenual anterior cingulate cortex) was not associated with similar patterns of change in any of the autonomic measures, thus highlighting regional specificity in the degree to which cognitive demand is reflected in medial prefrontal activation during reappraisal.

SSRI administration reduces resting state functional connectivity in dorso-medial prefrontal cortex

Recent evidence suggests that an area in the dorsal medial prefrontal cortex (dorsal nexus) shows dramatic increases in connectivity across a network of brain regions in depressed patients during the resting state;1 this increase in connectivity is suggested to represent hotwiring of areas involved in disparate cognitive and emotional functions.1, 2, 3 Sheline et al.1 concluded that antidepressant action may involve normalisation of the elevated resting state functional connectivity seen in depressed patients. However, the effects of conventional pharmacotherapy for depression on this resting state functional connectivity is not known and the effects of antidepressant treatment in depressed patients may be confounded by change in symptoms following treatment.

Amygdala functional connectivity with medial prefrontal cortex at rest predicts the positivity effect in older adults’ memory

As people get older, they tend to remember more positive than negative information. This age-by-valence interaction has been called “positivity effect.” The current study addressed the hypotheses that baseline functional connectivity at rest is predictive of older adults' brain activity when learning emotional information and their positivity effect in memory. Using fMRI, we examined the relationship among resting-state functional connectivity, subsequent brain activity when learning emotional faces, and individual differences in the positivity effect (the relative tendency to remember faces expressing positive vs. negative emotions). Consistent with our hypothesis, older adults with a stronger positivity effect had increased functional coupling between amygdala and medial PFC (MPFC) during rest. In contrast, younger adults did not show the association between resting connectivity and memory positivity. A similar age-by-memory positivity interaction was also found when learning emotional faces. That is, memory positivity in older adults was associated with (a) enhanced MPFC activity when learning emotional faces and (b) increased negative functional coupling between amygdala and MPFC when learning negative faces. In contrast, memory positivity in younger adults was related to neither enhanced MPFC activity to emotional faces, nor MPFC–amygdala connectivity to negative faces. Furthermore, stronger MPFC–amygdala connectivity during rest was predictive of subsequent greater MPFC activity when learning emotional faces. Thus, emotion–memory interaction in older adults depends not only on the task-related brain activity but also on the baseline functional connectivity.

A causal role for posterior medial prefrontal cortex in choice-induced preference change

After a person chooses between two items, preference for the chosen item will increase and preference for the unchosen item will decrease because of the choice made. In other words, we tend to justify or rationalize our past behavior by changing our attitude. This phenomenon of choice-induced preference change has been traditionally explained by cognitive dissonance theory. Choosing something that is disliked or not choosing something that is liked are both cognitively inconsistent, and in order to reduce this inconsistency, people tend to change their subsequently stated preference in accordance with their past choices. Previously, neuroimaging studies identified posterior medial frontal cortex (pMFC) as a key brain region involved in cognitive dissonance. However, it still remains unknown whether the pMFC plays a causal role in inducing preference change following cognitive dissonance. Here, we demonstrate that 25-min 1-Hz repetitive transcranial magnetic stimulation (TMS) applied over the pMFC significantly reduces choice-induced preference change compared to sham stimulation, or control stimulation over a different brain region, demonstrating a causal role for the pMFC.

Medial contact and smaller plantar loads characterize individuals with Patellofemoral Pain Syndrome during stair descent

Objectives: To investigate plantar pressure distribution in individuals with and without Patellofemoral Pain Syndrome during the Support phase of stair descent. Design: Observational case-control study. Participants: 30 Young adults With Patellofemoral Pain Syndrome and 44 matched controls. Main outcome measures: Contact area, peak pressure and pressure-time integral (Novel Pedar-X system) were evaluated in six plantar areas (medial, central and lateral rearfoot: midfoot; medial and lateral forefoot) during stair descent. Results: Contact area was greater in the Patellofemoral Pain Syndrome Group at medial rearfoot (p = 0.019) and midfoot (p < 0.001). Subjects with Patellofemoral pain Syndrome presented smaller peak pressures (p < 0.001). Conclusion: The pattern of plantar pressure distribution during stair descent in Patellofemoral Pain Syndrome Subjects was different from controls. This seems to be related to greater medial rearfoot and midfoot Support. Smaller plantar loads found in Patellofemoral Pain Syndrome subjects during stair descent reveal a more Cautious motor pattern in a challenging task. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

HISTAMINE IN THE POSTERODORSAL MEDIAL AMYGDALA MODULATES CARDIOVASCULAR REFLEX RESPONSES IN AWAKE RATS

Centrally injected histamine (HA) affects heart rate (HR), arterial blood pressure (BP), and sympathetic activity in rats. The posterodorsal medial amygdala (MePD) has high levels of histidine decarboxylase, connections with brain areas involved with the modulation of cardiovascular responses, and is relevant for the pathogenesis of hypertension. However, there is no report demonstrating the role of the MePD histaminergic activity on the cardiovascular function in awake rats. The alms of the present work were: 1) to study the effects of two doses (10-100 nM) of HA microinjected in the MePD on basal cardiovascular recordings and on baroreflex- and chemoreflex-mediated responses; 2) to reveal whether cardiovascular reflex responses could be affected by MePD microinjections of (R)-alpha-methylhistamine (AH(3)), an agonist of the inhibitory autoreceptor H(3); and, 3) to carry out a power spectral analysis to evaluate the contribution of the sympathetic and parasympathetic components in the variability of the HR and BP recordings. When compared with the control group (microinjected with saline, 0.3 mu l), HA (10 nM) promoted an increase in the MAP(50), i.e. the mean value of BP at half of the HR range evoked by the baroreflex response. Histamine (100 nM) did not affect the baroreflex activity, but significantly decreased the parasympathetic component of the HR variability, increased the sympathetic/parasympathetic balance at basal conditions (these two latter evaluated by the power spectral analysis), and promoted an impairment in the chemoreflex bradycardic response. Microinjection of AH(3) (10 mu M) led to mixed results, which resembled the effects of both doses of HA employed here. Present data suggest that cardiovascular changes induced by baroreceptors and chemoreceptors involve the histaminergic activity in the MePD. This neural regulation of reflex cardiovascular responses can have important implications for homeostatic and allostatic conditions and possibly for the behavioral displays modulated by the rat MePD. (C) 2008 IBRO. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Chemical identity and connections of medial preoptic area neurons expressing melanin-concentrating hormone during lactation

Lactation is an energy-demanding process characterized by massive food and water consumption, cessation of the reproductive cycle and induction of maternal behavior. During lactation, melanin-concentrating hormone (MCH) mRNA and peptide expression are increased in the medial preoptic area (MPO) and in the anterior paraventricular nucleus of the hypothalamus. Here we show that MCH neurons in the MPO coexpress the GABA synthesizing enzyme GAD-67 mRNA. We also show that MCH neurons in the MPO of female rats are innervated by neuropeptides that control energy homeostasis including agouti-related protein (AgRP), alpha-melanocyte stimulating hormone (alpha MSH) and cocaine- and amphetamine-regulated transcript (CART). Most of these inputs originate from the arcuate nucleus neurons. Additionally, using injections of retrograde tracers we found that CART neurons in the ventral premammillary nucleus also innervate the MPO. We then assessed the projections of the female MPO using injections of anterograde tracers. The MPO densely innervates hypothalamic nuclei related to reproductive control including the anteroventral periventricular nucleus, the ventrolateral subdivision of the ventromedial nucleus (VMHvl) and the ventral premammillary nucleus (PMV). We found that the density of MCH-ir fibers is increased in the VMHvl and PMV during lactation. Our findings suggest that the expression of MCH in the MPO may be induced by changing levels of neuropeptides involved in metabolic control. These MCH/GABA neurons may, in turn, participate in the suppression of cyclic reproductive function and/or sexual behavior during lactation through projections to reproductive control sites. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Evidence for the thalamic targets of the medial hypothalamic defensive system mediating emotional memory to predatory threats

Previous studies from our laboratory have documented that the medial hypothalamic defensive system is critically involved in processing actual and contextual predatory threats, and that the dorsal premammillary nucleus (PMd) represents the hypothalamic site most responsive to predatory threats. Anatomical findings suggest that the PMd is in a position to modulate memory processing through a projecting branch to specific thalamic nuclei, i.e., the nucleus reuniens (RE) and the ventral part of the anteromedial nucleus (AMv). In the present study, we investigated the role of these thalamic targets in both unconditioned (i.e., fear responses to predatory threat) and conditioned (i.e., contextual responses to predator-related cues) defensive behaviors. During cat exposure, all experimental groups exhibited intense defensive responses with the animals spending most of the time in the home cage displaying freezing behavior. However, during exposure to the environment previously associated with a cat, the animals with combined RE + AMv lesions, and to a lesser degree, animals with single AMv unilateral lesions, but not animals with single RE lesions, presented a reduction of contextual conditioned defensive responses. Overall, the present results provide clear evidence suggesting that the PMd`s main thalamic targets (i.e., the nucleus reuniens and the AMv) seem to be critically involved in the emotional memory processing related to predator cues. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Análise morfológica neural e da densidade de espinhos dendríticos da amígdala medial de ratas durante o ciclo estral

A amígdala medial (AMe) é um núcleo superficial do complexo amigdalói-de, ocupando seu aspecto rostromedial. A AMe modula uma série de comportamen-tos, além de modular a memória e o aprendizado associado a estímulos olfativos e visuais. Em ratos, é uma estrutura sexualmente dimórfica e está dividida em quatro subnúcleos: ântero-dorsal (AMeAD), ântero-ventral (AMeAV), póstero-dorsal (AMePD) e póstero-ventral (AMePV). A AMe apresenta células com características morfológicas variadas e receptores para hormônios gonadais amplamente e heterogeneamente distribuídos entre todos os seus subnúcleos. O presente trabalho teve como obje-tivos caracterizar a morfologia dos neurônios dos subnúcleos AMeAD, AMeAV, AMePD e AMePV de ratas na fase de diestro e verificar a densidade de espinhos dendríticos de neurônios dos subnúcleos AMeAD, AMePD e AMePV de ratas nas fa-ses de diestro, pró-estro, estro e metaestro. Para tal, foram utilizadas ratas Wistar (N=24) que, após a identificação da fase do ciclo estral, foram anestesiadas e per-fundidas, tiveram seus encéfalos retirados e seccionados (cortes coronais de espes-sura de 100 e 200 µm), submetidos à técnica de Golgi. A seguir, os neurônios foram selecionados e desenhados com auxílio de câmara clara acoplada a um fotomicroscópio. Na avaliação da morfologia dos neurônios, observou-se que eles são do tipo multipolar, células estreladas e bitufted, sendo encontrados em todos os subnúcleos da AMe de ratas na fase de diestro além de células com corpos celulares arredondados, fusiformes, piriformes, ovais e com características piramidais. Para a quanti-ficação da densidade de espinhos dendríticos, foram desenhados os primeiros 40 µm de 8 ramos dendríticos de 6 fêmeas por fase do ciclo estral e por subregião da AMe. Os resultados da contagem dos espinhos dendríticos foram submetidos a ANOVA de uma via e ao teste de Newman-Keuls. Verificou-se que, em diestro, a densidade de espinhos nas regiões AMeAD, AMePD e AMePV, foi maior quando comparada às demais fases do ciclo estral. Além disso, em diestro, a AMePD apresentou a maior densidade quando comparada com as regiões AMeAD e AMePV. O estudo mostrou que os neurônios da AMe de ratas estudadas na fase de diestro apresentaram morfologia variada e a densidade de espinhos dendríticos va-riou na AMeAD, AMePD e AMePV durante o ciclo estral de ratas, especialmente na AMePD. Os resultados obtidos sugerem a plasticidade induzida por esteróides se-xuais na morfologia e na fisiologia da AMe de ratas.

Reconstrução do ligamento patelofemoral medial com enxerto livre do tendão do semitendinoso

A presente tese é o resultado final de um trabalho prospectivo evolutivo que buscou apresentar uma nova filosofia de tratamento na instabilidade femoropatelar, voltada para a reconstrução anatômica do ligamento patelofemoral medial. Essa abordagem terapêutica mostrou-se extremamente eficiente, com poucas complicações e com uma recuperação bastante rápida, o que permite um retorno às atividades profissionais ou discentes dos pacientes num espaço de tempo mais curto dos que nas técnicas convencionais. Em um primeiro trabalho foi realizada a reconstrução do ligamento patelofemoral medial (LPFM) com uso de enxerto de poliéster, e neste foi utilizado enxerto livre do tendão do semitendinoso. Como não houve diferença significativa entre os dois, concluiu-se que o princípio defendido de reconstrução do ligamento patelofemoral mediaal é mais importante que a escolha do enxerto a ser utilizado.