Les mécanismes endogènes de modulation de la douleur et leur dysfonction dans le syndrome de l'intestin irritable

La douleur est une expérience subjective multidimensionnelle accompagnée de réponses physiologiques. Ces dernières sont régulées par des processus cérébraux qui jouent un rôle important dans la modulation spinale et cérébrale de la douleur. Cependant, les mécanismes de cette régulation sont encore mal définis et il est essentiel de bien les comprendre pour mieux traiter la douleur. Les quatre études de cette thèse avaient donc comme objectif de préciser les mécanismes endogènes de modulation de la douleur par la contreirritation (inhibition de la douleur par une autre douleur) et d’investiguer la dysfonction de ces mécanismes chez des femmes souffrant du syndrome de l’intestin irritable (Sii). Dans un premier temps, un modèle expérimental a été développé pour mesurer l’activité cérébrale en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle concurremment à l’enregistrement du réflexe nociceptif de flexion (RIII : index de nociception spinale) et des réponses de conductance électrodermale (SCR : index d’activation sympathique) évoqués par des stimulations électriques douloureuses. La première étude indique que les différences individuelles d’activité cérébrale évoquée par les stimulations électriques dans les cortex orbitofrontal (OFC) et cingulaire sont associées aux différences individuelles de sensibilité à la douleur, de réactivité motrice (RIII) et de réactivité autonomique (SCR) chez des sujets sains. La deuxième étude montre que l’analgésie par contreirritation produite chez des sujets sains est accompagnée de l’inhibition de l’amygdale par OFC et d’une modulation du réflexe RIII par la substance grise périaqueducale (PAG) et le cortex somesthésique primaire (SI). Dans les troisième et quatrième études, il est montré que la contreirritation ne produit pas d’inhibition significative de la douleur et du réflexe RIII chez les patientes Sii en comparaison aux contrôles. De plus, les résultats indiquent que la sévérité des symptômes psychologiques est associée au déficit de modulation de la douleur et à une hypersensibilité diffuse chez les patientes Sii. Dans l’ensemble, cette thèse précise le rôle de certaines structures cérébrales dans les multiples composantes de la douleur et dans l’analgésie par contreirritation et montre que les patientes Sii présentent une dysfonction des mécanismes spinaux et cérébraux impliqués dans la perception et la modulation de la douleur.

Perception de la vitesse : les bases psychophysiques et neuronales

David Katz a fait l’observation que le mouvement entre la peau et l’objet est aussi important pour le sens du toucher que la lumière l’est pour la vision. Un stimulus tactile déplacé sur la peau active toutes les afférences cutanées. Les signaux résultants sont très complexes, covariant avec différents facteurs dont la vitesse, mais aussi la texture, la forme et la force. Cette thèse explore la capacité des humains à estimer la vitesse et la rugosité de surfaces en mouvements. Les bases neuronales de la vitesse tactile sont aussi étudiées en effectuant des enregistrements unitaires dans le cortex somatosensoriel primaire (S1) du singe éveillé. Dans la première expérience, nous avons montré que les sujets peuvent estimer la vitesse tactile (gamme de vitesses, 30 à 105 mm/s) de surfaces déplacées sous le doigt, et ceci sans indice de durée. Mais la structure des surfaces était essentielle (difficulté à estimer la vitesse d’une surface lisse). Les caractéristiques physiques des surfaces avaient une influence sur l’intensité subjective de la vitesse. La surface plus rugueuse (8 mm d’espacement entre les points en relief) semblait se déplacer 15% plus lentement que les surfaces moins rugueuses (de 2 et 3 mm d’espacement), pour les surfaces périodiques et non périodiques (rangées de points vs disposition aléatoire). L’effet de la texture sur la vitesse peut être réduit en un continuum monotonique quand les estimés sont normalisés avec l’espacement et présentés en fonction de la fréquence temporelle (vitesse/espacement). L'absence de changement des estimés de vitesse entre les surfaces périodiques et non périodiques suggère que les estimés de rugosité devraient aussi être indépendants de la disposition des points. Dans la deuxième expérience, et tel que prévu, une équivalence perceptuelle entre les deux séries de surfaces est obtenue quand les estimés de la rugosité sont exprimés en fonction de l'espacement moyen entre les points en relief, dans le sens de l'exploration. La troisième expérience consistait à rechercher des neurones du S1 qui pourraient expliquer l’intensité subjective de la vitesse tactile. L’hypothèse est que les neurones impliqués devraient être sensibles à la vitesse tactile (40 à 105 mm/s) et à l’espacement des points (2 à 8 mm) mais être indépendants de leur disposition (périodique vs non périodique). De plus, il est attendu que la fonction neurométrique (fréquence de décharge/espacement en fonction de la fréquence temporelle) montre une augmentation monotonique. Une grande proportion des cellules était sensible à la vitesse (76/119), et 82% d’entres elles étaient aussi sensibles à la texture. La sensibilité à la vitesse a été observée dans les trois aires du S1 (3b, 1 et 2). La grande majorité de cellules sensibles à la vitesse, 94%, avait une relation monotonique entre leur décharge et la fréquence temporelle, tel qu’attendu, et ce surtout dans les aires 1 et 2. Ces neurones pourraient donc expliquer la capacité des sujets à estimer la vitesse tactile de surfaces texturées.

L’effet du stress sur la douleur aiguë et chronique

Objectif : Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre l’effet du stress sur la douleur aiguë et chronique. Devis expérimental : 16 patients souffrant de douleur chronique lombalgique et 18 sujets contrôles ont participé à une étude d’imagerie par résonance magnétique (IRM) et ont collecté des échantillons de salive afin de quantifier les niveaux d’hormone de stress (i.e. cortisol) la journée de l’étude (réponse réactive) et durant les sept jours consécutifs suivants (réponse basale). Étude 1 : Une première étude a examiné le lien entre les niveaux de cortisol basal, le volume de l’hippocampe et l’activité cérébrale évoquée par la douleur thermique chez des patients souffrant de douleur chronique et les sujets contrôles. Les résultats révèlent que les patients souffrant de douleur chronique avaient des niveaux de cortisol plus élevés que ceux des sujets contrôles. Chez ces patients, un niveau élevé de cortisol était associé à un plus petit volume de l'hippocampe et à davantage d’activation dans le gyrus parahippocampique antérieure (une région impliquée dans l'anxiété anticipatoire et l'apprentissage associatif). De plus, une analyse de médiation a montré que le niveau de cortisol basal et la force de la réponse parahippocampique explique statistiquement l’association négative entre le volume de l'hippocampe et l'intensité de la douleur chronique. Ces résultats suggèrent que l’activité endocrinienne plus élevée chez les patients ayant un plus petit hippocampe modifie le fonctionnement du complexe hippocampique et contribue à l’intensité de la douleur chronique. Étude 2 : La deuxième étude a évalué la contribution de la réponse de stress réactif aux différences interindividuelles dans la perception de la douleur aiguë chez des patients souffrant de douleur chronique et chez des sujets normaux. Les deux groupes ont montré des augmentations significatives du niveau de cortisol en réponse à des stimulations nocives administrées dans un contexte d’IRM suggérant ainsi que la réactivité de l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien est préservée chez les patients lombalgiques. De plus, les individus présentant une réponse hormonale de stress plus forte ont rapporté moins de douleur et ont montré une réduction de l'activation cérébrale dans le noyau accumbens, dans le cortex cingulaire antérieur (CCA), le cortex somatosensoriel primaire, et l'insula postérieure. Des analyses de médiation ont indiqué que la douleur liée à l'activité du CCA explique statistiquement la relation entre la réponse de stress et le désagrément de la douleur rapportée par les participants. Enfin, des analyses complémentaires ont révélé que le stress réduit la connectivité fonctionnelle entre le CCA et le tronc cérébral pendant la douleur aiguë. Ces résultats indiquent que le stress réactif module la douleur et contribue à la variabilité interindividuelle de l'activité cérébrale et la réponse affective à la douleur. Discussion : Conjointement, ces études suggèrent dans un premier temps que la douleur chronique peut être exacerbée par une réponse physiologique inadéquate de l'organisme exposé à un stress récurrent, et en un second temps, que le CCA contribuerait à l'analgésie induite par le stress. Sur le plan conceptuel, ces études renforcent le point de vue prédominant suggérant que la douleur chronique induit des changements dans les systèmes cérébraux régissant les fonctions motivationnelles et affective de la douleur.

Altération du couplage neurovasculaire par l'angiotensine II : évaluation du rôle de la signalisation calcique astrocytaire

Le couplage neurovasculaire (CNV) est un mécanisme d’homéostasie cérébrale régulant le débit sanguin cérébral (CBF) en fonction de l’activité neuronale. La manière dont il est altéré par l’angiotensine II (Ang II), une hormone synthétisée et relâchée dans la circulation systémique ou, alternativement, produite dans le cerveau grâce aux astrocytes, demeure à élucider. Ces cellules expriment le récepteur AT1 (rAT1) et participent à l’orchestration du CNV en relâchant des agents vasoactifs suivant la réponse calcique astrocytaire. Nous avons donc étudié le rôle de cette réponse dans l’altération du CNV induite par l’Ang II. Nous avons trouvé par fluxmétrie par laser Doppler que l’Ang II atténue (p<0.05) la réponse du CBF engendrée par l’activation des récepteurs métabotropes du glutamate du groupe I (mGluRI) du cortex chez la souris C57BL/6. De manière similaire, l’Ang II diminue l'élévation du CBF induite par la stimulation des vibrisses (p<0.05). Sur tranches de cerveaux en aiguë, la polarité de la réponse vasculaire induite par un agoniste mGluRI dans les artérioles parenchymateuses a été significativement renversée par l’Ang II de la vasodilatation vers la vasoconstriction. En parallèle, l’Ang II a augmenté les niveaux de calcium astrocytaire basaux et l’amplitude des réponses calciques (p<0.05). L’altération des réponses vasculaires et calciques maximales a été prévenue par le candesartan, antagoniste des rAT1. Nos résultats suggèrent que l’Ang II potentialise via les rAT1 la réponse calcique qui atteint un seuil favorisant la vasoconstriction par rapport à la vasodilatation, altérant ainsi l’augmentation du CBF en réponse à l’activité neuronale.

Évaluation objective de la douleur chronique secondaire à l’arthrose chez le chat

La prévalence de l’arthrose féline augmente fortement avec l’âge atteignant plus de 80% des chats de plus de 11 ans. L'arthrose induit une douleur chronique s’exprimant par des changements de comportements et une diminution de la mobilité. Il n'existe aucun outil validé pour évaluer la douleur chronique associée à l’arthrose chez le chat. Conséquemment, aucun traitement ciblant cette douleur n’a pu être validé. Notre hypothèse de recherche est que la douleur arthrosique chez le chat induit des handicaps fonctionnels, des changements neurophysiologiques et un état d'hypersensibilité qu'il faut évaluer pour quantifier de manière fiable cette douleur et ses répercussions sur la qualité de vie de l'animal. Nos objectifs étaient 1) de développer des outils adaptés aux chats mesurant les handicaps fonctionnels grâce à des outils cinématiques, cinétiques et de suivi de l'activité motrice ; 2) de caractériser les changements fonctionnels et neurophysiologiques secondaires à la douleur arthrosique et de tester avec ces outils un traitement analgésique à base d'anti-inflammatoire non stéroïdien ; 3) de développer une technique adaptée aux chats pouvant caractériser la présence du phénomène de sensibilisation centrale à l'aide d'une évaluation de la sommation temporelle mécanique ; 4) de tester la possibilité de mesurer le métabolisme glucidique cérébral par tomographie d’émission par positrons comme marqueur des changements supraspinaux secondaires à la chronicisation de la douleur. Grâce au développement d’outils de mesure de douleur chronique objectifs, sensibles et répétables nous avons caractérisé la douleur chez les chats arthrosiques. Ils présentent des signes de boiterie quantifiée par une diminution de l’amplitude de l’articulation ou par une diminution de la force verticale d’appui au sol et une diminution de l’activité motrice quotidienne. Ces deux derniers outils ont permis de démontrer qu’un anti-inflammatoire non stéroïdien (le méloxicam) administré pendant quatre semaines réduit la douleur arthrosique. De plus, grâce au développement de tests sensoriels quantitatifs et à l'utilisation d'imagerie cérébrale fonctionnelle, nous avons démontré pour la première fois que la douleur arthrosique conduisait à des modifications du système nerveux central chez le chat. Particulièrement, les chats arthrosiques développent le phénomène de sensibilisation centrale mis en évidence par un seuil de retrait aux filament de von Frey diminué (mesure réflexe) mais aussi par une facilitation de la sommation temporelle mécanique (mesure tenant compte de la composante cognitive et émotionnelle de la douleur). L'augmentation du métabolisme cérébral dans le cortex somatosensoriel secondaire, le thalamus et la substance grise périaqueducale, souligne aussi l'importance des changements liés à la chronicisation de la douleur. Un traitement analgésique adapté à l’arthrose permettra d’améliorer la qualité de vie des chats atteints, offrira une option thérapeutique valide aux praticiens vétérinaires, et profitera aux propriétaires qui retrouveront un chat actif et sociable. La découverte de l'implication du phénomène de sensibilisation central combiné à l'investigation des changements cérébraux secondaires à la douleur chronique associée à l'arthrose par imagerie fonctionnelle ouvre de nouvelles avenues de recherche chez le chat (développement et/ou validation de traitements adaptés à l'état d'hypersensibilité) et les humains (potentiel modèle naturel de douleur chronique associée à l'arthrose).

Implication de Syngap1 dans la transmission GABAergique et la plasticité synaptique

La déficience intellectuelle affecte de 1 à 3% de la population mondiale, ce qui en fait le trouble cognitif le plus commun de l’enfance. Notre groupe à découvert que des mutations dans le gène SYNGAP1 sont une cause fréquente de déficience intellectuelle non-syndromique, qui compte pour 1-3% de l’ensemble des cas. À titre d’exemple, le syndrome du X fragile, qui est la cause monogénique la plus fréquente de déficience intellectuelle, compte pour environ 2% des cas. Plusieurs patients affectés au niveau de SYNGAP1 présentent également des symptômes de l’autisme et d’une forme d’épilepsie. Notre groupe a également montré que SYNGAP1 cause la déficience intellectuelle par un mécanisme d’haploinsuffisance. SYNGAP1 code pour une protéine exprimée exclusivement dans le cerveau qui interagit avec la sous-unité GluN2B des récepteurs glutamatergique de type NMDA (NMDAR). SYNGAP1 possède une activité activatrice de Ras-GTPase qui régule négativement Ras au niveau des synapses excitatrices. Les souris hétérozygotes pour Syngap1 (souris Syngap1+/-) présentent des anomalies de comportement et des déficits cognitifs, ce qui en fait un bon modèle d’étude. Plusieurs études rapportent que l’haploinsuffisance de Syngap1 affecte le développement cérébral en perturbant l’activité et la plasticité des neurones excitateurs. Le déséquilibre excitation/inhibition est une théorie émergente de l’origine de la déficience intellectuelle et de l’autisme. Cependant, plusieurs groupes y compris le nôtre ont rapporté que Syngap1 est également exprimé dans au moins une sous-population d’interneurones GABAergiques. Notre hypothèse était donc que l’haploinsuffisance de Syngap1 dans les interneurones contribuerait en partie aux déficits cognitifs et au déséquilibre d’excitation/inhibition observés chez les souris Syngap1+/-. Pour tester cette hypothèse, nous avons généré un modèle de souris transgéniques dont l’expression de Syngap1 a été diminuée uniquement dans les interneurones dérivés des éminences ganglionnaires médianes qui expriment le facteur de transcription Nkx2.1 (souris Tg(Nkx2,1-Cre);Syngap1). Nous avons observé une diminution des courants postsynaptiques inhibiteurs miniatures (mIPSCs) au niveau des cellules pyramidales des couches 2/3 du cortex somatosensoriel primaire (S1) et dans le CA1 de l’hippocampe des souris Tg(Nkx2,1-Cre);Syngap1. Ces résultats supportent donc l’hypothèse selon laquelle la perte de Syngap1 dans les interneurones contribue au déséquilibre d’excitation/inhibition. De manière intéressante, nous avons également observé que les courants postsynaptiques excitateurs miniatures (mEPSCs) étaient augmentés dans le cortex S1, mais diminués dans le CA1 de l’hippocampe. Par la suite, nous avons testé si les mécanismes de plasticité synaptique qui sous-tendraient l’apprentissage étaient affectés par l’haploinsuffisance de Syngap1 dans les interneurones. Nous avons pu montrer que la potentialisation à long terme (LTP) NMDAR-dépendante était diminuée chez les souris Tg(Nkx2,1-Cre);Syngap1, sans que la dépression à long terme (LTD) NMDAR-dépendante soit affectée. Nous avons également montré que l’application d’un bloqueur des récepteurs GABAA renversait en partie le déficit de LTP rapporté chez les souris Syngap1+/-, suggérant qu’un déficit de désinhibition serait présent chez ces souris. L’ensemble de ces résultats supporte un rôle de Syngap1 dans les interneurones qui contribue aux déficits observés chez les souris affectées par l’haploinsuffisance de Syngap1.

Stimulus Simplification and Object Representation: A Modeling Study

Tsunoda et al. (2001) recently studied the nature of object representation in monkey inferotemporal cortex using a combination of optical imaging and extracellular recordings. In particular, they examined IT neuron responses to complex natural objects and "simplified" versions thereof. In that study, in 42% of the cases, optical imaging revealed a decrease in the number of activation patches in IT as stimuli were "simplified". However, in 58% of the cases, "simplification" of the stimuli actually led to the appearance of additional activation patches in IT. Based on these results, the authors propose a scheme in which an object is represented by combinations of active and inactive columns coding for individual features. We examine the patterns of activation caused by the same stimuli as used by Tsunoda et al. in our model of object recognition in cortex (Riesenhuber 99). We find that object-tuned units can show a pattern of appearance and disappearance of features identical to the experiment. Thus, the data of Tsunoda et al. appear to be in quantitative agreement with a simple object-based representation in which an object's identity is coded by its similarities to reference objects. Moreover, the agreement of simulations and experiment suggests that the simplification procedure used by Tsunoda (2001) is not necessarily an accurate method to determine neuronal tuning.

Atypical neural self-representation in autism

The 'self' is a complex multidimensional construct deeply embedded and in many ways defined by our relations with the social world. Individuals with autism are impaired in both self-referential and other-referential social cognitive processing. Atypical neural representation of the self may be a key to understanding the nature of such impairments. Using functional magnetic resonance imaging we scanned adult males with an autism spectrum condition and age and IQ-matched neurotypical males while they made reflective mentalizing or physical judgements about themselves or the British Queen. Neurotypical individuals preferentially recruit the middle cingulate cortex and ventromedial prefrontal cortex in response to self compared with other-referential processing. In autism, ventromedial prefrontal cortex responded equally to self and other, while middle cingulate cortex responded more to other-mentalizing than self-mentalizing. These atypical responses occur only in areas where self-information is preferentially processed and does not affect areas that preferentially respond to other-referential information. In autism, atypical neural self-representation was also apparent via reduced functional connectivity between ventromedial prefrontal cortex and areas associated with lower level embodied representations, such as ventral premotor and somatosensory cortex. Furthermore, the magnitude of neural self-other distinction in ventromedial prefrontal cortex was strongly related to the magnitude of early childhood social impairments in autism. Individuals whose ventromedial prefrontal cortex made the largest distinction between mentalizing about self and other were least socially impaired in early childhood, while those whose ventromedial prefrontal cortex made little to no distinction between mentalizing about self and other were the most socially impaired in early childhood. These observations reveal that the atypical organization of neural circuitry preferentially coding for self-information is a key mechanism at the heart of both self-referential and social impairments in autism.

Cortical thickness changes in the non-lesioned hemisphere associated with non-paretic arm immobilization in modified CI therapy

Recent evidence suggests that immobilization of the upper limb for 2–3 weeks induces changes in cortical thickness as well as motor performance. In constraint induced (CI) therapy, one of the most effective interventions for hemiplegia, the non-paretic arm is constrained to enforce the use of the paretic arm in the home setting. With the present study we aimed to explore whether non-paretic arm immobilization in CI therapy induces structural changes in the non-lesioned hemisphere, and how these changes are related to treatment benefit. 31 patients with chronic hemiparesis participated in CI therapy with (N = 14) and without (N = 17) constraint. Motor ability scores were acquired before and after treatment. Diffusion tensor imaging (DTI) data was obtained prior to treatment. Cortical thickness was measured with the Freesurfer software. In both groups cortical thickness in the contralesional primary somatosensory cortex increased and motor function improved with the intervention. However the cortical thickness change was not associated with the magnitude of motor function improvement. Moreover, the treatment effect and the cortical thickness change were not significantly different between the constraint and the non-constraint groups. There was no correlation between fractional anisotropy changes in the non-lesioned hemisphere and treatment outcome. CI therapy induced cortical thickness changes in contralesional sensorimotor regions, but this effect does not appear to be driven by the immobilization of the non-paretic arm, as indicated by the absence of differences between the constraint and the non-constraint groups. Our data does not suggest that the arm immobilization used in CI therapy is associated with noticeable cortical thinning.

Complex spatiotemporal haemodynamic response following sensory stimulation in the awake rat

Detailed understanding of the haemodynamic changes that underlie non-invasive neuroimaging techniques such as blood oxygen level dependent functional magnetic resonance imaging is essential if we are to continue to extend the use of these methods for understanding brain function and dysfunction. The use of animal and in particular rodent research models has been central to these endeavours as they allow in-vivo experimental techniques that provide measurements of the haemodynamic response function at high temporal and spatial resolution. A limitation of most of this research is the use of anaesthetic agents which may disrupt or mask important features of neurovascular coupling or the haemodynamic response function. In this study we therefore measured spatiotemporal cortical haemodynamic responses to somatosensory stimulation in awake rats using optical imaging spectroscopy. Trained, restrained animals received non-noxious stimulation of the whisker pad via chronically implanted stimulating microwires whilst optical recordings were made from the contralateral somatosensory cortex through a thin cranial window. The responses we measure from un-anaesthetised animals are substantially different from those reported in previous studies which have used anaesthetised animals. These differences include biphasic response regions (initial increases in blood volume and oxygenation followed by subsequent decreases) as well as oscillations in the response time series of awake animals. These haemodynamic response features do not reflect concomitant changes in the underlying neuronal activity and therefore reflect neurovascular or cerebrovascular processes. These hitherto unreported hyperemic response dynamics may have important implications for the use of anaesthetised animal models for research into the haemodynamic response function.

Early and late stimulus-evoked cortical hemodynamic responses provide insight into the neurogenic nature of neurovascular coupling

Understanding neurovascular coupling is a prerequisite for the interpretation of results obtained from modern neuroimaging techniques. This study investigated the hemodynamic and neural responses in rat somatosensory cortex elicited by 16 seconds electrical whisker stimuli. Hemodynamics were measured by optical imaging spectroscopy and neural activity by multichannel electrophysiology. Previous studies have suggested that the whisker-evoked hemodynamic response contains two mechanisms, a transient ‘backwards’ dilation of the middle cerebral artery, followed by an increase in blood volume localized to the site of neural activity. To distinguish between the mechanisms responsible for these aspects of the response, we presented whisker stimuli during normocapnia (‘control’), and during a high level of hypercapnia. Hypercapnia was used to ‘predilate’ arteries and thus possibly ‘inhibit’ aspects of the response related to the ‘early’ mechanism. Indeed, hemodynamic data suggested that the transient stimulus-evoked response was absent under hypercapnia. However, evoked neural responses were also altered during hypercapnia and convolution of the neural responses from both the normocapnic and hypercapnic conditions with a canonical impulse response function, suggested that neurovascular coupling was similar in both conditions. Although data did not clearly dissociate early and late vascular responses, they suggest that the neurovascular coupling relationship is neurogenic in origin.

Negative blood oxygen level dependence in the rat: a model for investigating the role of suppression in neurovascular coupling

Modern neuroimaging techniques rely on neurovascular coupling to show regions of increased brain activation. However, little is known of the neurovascular coupling relationships that exist for inhibitory signals. To address this issue directly we developed a preparation to investigate the signal sources of one of these proposed inhibitory neurovascular signals, the negative blood oxygen level-dependent (BOLD) response (NBR), in rat somatosensory cortex. We found a reliable NBR measured in rat somatosensory cortex in response to unilateral electrical whisker stimulation, which was located in deeper cortical layers relative to the positive BOLD response. Separate optical measurements (two-dimensional optical imaging spectroscopy and laser Doppler flowmetry) revealed that the NBR was a result of decreased blood volume and flow and increased levels of deoxyhemoglobin. Neural activity in the NBR region, measured by multichannel electrodes, varied considerably as a function of cortical depth. There was a decrease in neuronal activity in deep cortical laminae. After cessation of whisker stimulation there was a large increase in neural activity above baseline. Both the decrease in neuronal activity and increase above baseline after stimulation cessation correlated well with the simultaneous measurement of blood flow suggesting that the NBR is related to decreases in neural activity in deep cortical layers. Interestingly, the magnitude of the neural decrease was largest in regions showing stimulus-evoked positive BOLD responses. Since a similar type of neural suppression in surround regions was associated with a negative BOLD signal, the increased levels of suppression in positive BOLD regions could importantly moderate the size of the observed BOLD response.

Does neural input or processing play a greater role in the magnitude of neuroimaging signals?

An important constraint on how hemodynamic neuroimaging signals such as fMRI can be interpreted in terms of the underlying evoked activity is an understanding of neurovascular coupling mechanisms that actually generate hemodynamic responses. The predominant view at present is that the hemodynamic response is most correlated with synaptic input and subsequent neural processing rather than spiking output. It is still not clear whether input or processing is more important in the generation of hemodynamics responses. In order to investigate this we measured the hemodynamic and neural responses to electrical whisker pad stimuli in rat whisker barrel somatosensory cortex both before and after the local cortical injections of the GABAA agonist muscimol. Muscimol would not be expected to affect the thalamocortical input into the cortex but would inhibit subsequent intra-cortical processing. Pre-muscimol infusion whisker stimuli elicited the expected neural and accompanying hemodynamic responses to that reported previously. Following infusion of muscimol, although the temporal profile of neural responses to each pulse of the stimulus train was similar, the average response was reduced in magnitude by ∼79% compared to that elicited pre-infusion. The whisker-evoked hemodynamic responses were reduced by a commensurate magnitude suggesting that, although the neurovascular coupling relationships were similar for synaptic input as well as for cortical processing, the magnitude of the overall response is dominated by processing rather than from that produced from the thalamocortical input alone.

EXPRESSION OF COCAINE- AND AMPHETAMINE-REGULATED TRANSCRIPT IN THE RAT FOREBRAIN DURING POSTNATAL DEVELOPMENT

Cocaine- and amphetamine-regulated transcript (CART) is widespread in the rodent brain. CART has been implicated in many different functions including reward, feeding, stress responses, sensory processing, learning and memory formation. Recent studies have suggested that CART may also play a role in neural development. Therefore, in the present study we compared the distribution pattern and levels of CART mRNA expression in the forebrain of male and female rats at different stages of postnatal development: P06, P26 and P66. At 6 days of age (P06), male and female rats showed increased CART expression in the somatosensory and piriform cortices, indusium griseum, dentate gyrus, nucleus accumbens, and ventral premammillary nucleus. Interestingly, we found a striking expression of CART mRNA in the ventral posteromedial and ventral posterolateral thalamic nuclei. This thalamic expression was absent at P26 and P66. Contrastingly, at P06 CART mRNA expression was decreased in the arcuate nucleus. Comparing sexes, we found increased CART mRNA expression in the anteroventral periventricular nucleus of adult females. In other regions including the CA1, the lateral hypothalamic area and the dorsomedial nucleus of the hypothalamus, CART expression was not different comparing postnatal ages and sexes. Our findings indicate that CART gene expression is induced in a distinct temporal and spatial manner in forebrain sites of male and female rats. They also suggest that CART peptide participate in the development of neural pathways related to selective functions including sensory processing, reward and memory formation. (C) 2011 IBRO. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Architectonic subdivisions of the amygdalar complex of a primitive marsupial (Didelphis aurita)

The architecture of the amygdaloid complex of a marsupial, the opossum Didelphis aurita, was analyzed using classical stains like Nissl staining and myelin (Gallyas) staining, and enzyme histochemistry for acetylcholinesterase and NADPH-diaphorase. Most of the subdivisions of the amygdaloid complex described in eutherian mammals were identified in the opossum brain. NADPH-diaphorase revealed reactivity in the neuropil of nearly all amygdaloid subdivisions with different intensities, allowing the identification of the medial and lateral subdivisions of the cortical posterior nucleus and the lateral subdivision of the lateral nucleus. The lateral, central, basolateral and basomedial nuclei exhibited acetylcholinesterase positivity, which provided a useful chemoarchitectural criterion for the identification of the anterior basolateral nucleus. Myelin stain allowed the identification of the medial subdivision of the lateral nucleus, and resulted in intense staining of the medial subdivisions of the central nucleus. The medial, posterior, and cortical nuclei, as well as the amygdalopiriform area did not exhibit positivity for myelin staining. On the basis of cyto- and chemoarchitectural criteria, the present study highlights that the opossum amygdaloid complex shares similarities with that of other species, thus supporting the idea that the organization of the amygdala is part of a basic plan conserved through mammalian evolution. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.