Time processing in visual cortices: How the visual brain encodes and keeps track of time

Time is embedded in any sensory experience: the movements of a dance, the rhythm of a piece of music, the words of a speaker are all examples of temporally structured sensory events. In humans, if and how visual cortices perform temporal processing remains unclear. Here we show that both primary visual cortex (V1) and extrastriate area V5/MT are causally involved in encoding and keeping time in memory and that this involvement is independent from low-level visual processing. Most importantly we demonstrate that V1 and V5/MT are functionally linked and temporally synchronized during time encoding whereas they are functionally independent and operate serially (V1 followed by V5/MT) while maintaining temporal information in working memory. These data challenge the traditional view of V1 and V5/MT as visuo-spatial features detectors and highlight the functional contribution and the temporal dynamics of these brain regions in the processing of time in millisecond range. The present project resulted in the paper entitled: 'How the visual brain encodes and keeps track of time' by Paolo Salvioni, Lysiann Kalmbach, Micah Murray and Domenica Bueti that is now submitted for publication to the Journal of Neuroscience.

Preperceptual and stimulus-selective enhancement of low-level human visual cortex excitability by sounds.

Evidence of multisensory interactions within low-level cortices and at early post-stimulus latencies has prompted a paradigm shift in conceptualizations of sensory organization. However, the mechanisms of these interactions and their link to behavior remain largely unknown. One behaviorally salient stimulus is a rapidly approaching (looming) object, which can indicate potential threats. Based on findings from humans and nonhuman primates suggesting there to be selective multisensory (auditory-visual) integration of looming signals, we tested whether looming sounds would selectively modulate the excitability of visual cortex. We combined transcranial magnetic stimulation (TMS) over the occipital pole and psychophysics for "neurometric" and psychometric assays of changes in low-level visual cortex excitability (i.e., phosphene induction) and perception, respectively. Across three experiments we show that structured looming sounds considerably enhance visual cortex excitability relative to other sound categories and white-noise controls. The time course of this effect showed that modulation of visual cortex excitability started to differ between looming and stationary sounds for sound portions of very short duration (80 ms) that were significantly below (by 35 ms) perceptual discrimination threshold. Visual perceptions are thus rapidly and efficiently boosted by sounds through early, preperceptual and stimulus-selective modulation of neuronal excitability within low-level visual cortex.

Novel anesthetics and other treatment strategies for refractory status epilepticus

Refractory status epilepticus (RSE)-that is, seizures resistant to at least two antiepileptic drugs (AEDs)-is generally managed with barbiturates, propofol, or midazolam, despite a low level of evidence (Rossetti, 2007). When this approach fails, the need for alternative pharmacologic and nonpharmacologic strategies emerges. These have been investigated even less systematically than the aforementioned compounds, and are often used, sometimes in succession, in cases of extreme refractoriness (Robakis & Hirsch, 2006). Several possibilities are reviewed here. In view of the marked heterogeneity of reported information, etiologies, ages, and comedications, it is extremely difficult to evaluate a given method, not to say to compare different strategies among them. Pharmacologic Approaches Isoflurane and desflurane may complete the armamentarium of anesthetics,' and should be employed in a ''close'' environment, in order to prevent intoxication of treating personnel. c-Aminobutyric acid (GABA)A receptor potentiation represents the putative mechanism of action. In an earlier report, isoflurane was used for up to 55 h in nine patients, controlling seizures in all; mortality was, however, 67% (Kofke et al., 1989). More recently, the use of these inhalational anesthetics was described in seven subjects with RSE, for up to 26 days, with an endtidal concentration of 1.2-5%. All patients required vasopressors, and paralytic ileus occurred in three; outcome was fatal in three patients (43%) (Mirsattari et al., 2004). Ketamine, known as an emergency anesthetic because of its favorable hemodynamic profile, is an N-methyl-daspartate (NMDA) antagonist; the interest for its use in RSE derives from animal works showing loss of GABAA efficacy and maintained NMDA sensitivity in prolonged status epilepticus (Mazarati & Wasterlain, 1999). However, to avoid possible neurotoxicity, it appears safer to combine ketamine with GABAergic compounds (Jevtovic-Todorovic et al., 2001; Ubogu et al., 2003), also because of a likely synergistic effect (Martin & Kapur, 2008). There are few reported cases in humans, describing progressive dosages up to 7.5 mg/kg/h for several days (Sheth & Gidal, 1998; Quigg et al., 2002; Pruss & Holtkamp, 2008), with moderate outcomes. Paraldehyde acts through a yet-unidentified mechanism, and appears to be relatively safe in terms of cardiovascular tolerability (Ramsay, 1989; Thulasimani & Ramaswamy, 2002), but because of the risk of crystal formation and its reactivity with plastic, it should be used only as fresh prepared solution in glass devices (Beyenburg et al., 2000). There are virtually no recent reports regarding its use in adults RSE, whereas rectal paraldehyde in children with status epilepticus resistant to benzodiazepines seems less efficacious than intravenous phenytoin (Chin et al., 2008). Etomidate is another anesthetic agent for which the exact mechanism of action is also unknown, which is also relatively favorable regarding cardiovascular side effects, and may be used for rapid sedation. Its use in RSE was reported in eight subjects (Yeoman et al., 1989). After a bolus of 0.3 mg/kg, a drip of up to 7.2 mg/kg/h for up to 12 days was administered, with hypotension occurring in five patients; two patients died. A reversible inhibition of cortisol synthesis represents an important concern, limiting its widespread use and implying a careful hormonal substitution during treatment (Beyenburg et al., 2000). Several nonsedating approaches have been reported. The use of lidocaine in RSE, a class Ib antiarrhythmic agent modulating sodium channels, was reviewed in 1997 (Walker & Slovis, 1997). Initial boluses up to 5 mg/kg and perfusions of up to 6 mg/kg/h have been mentioned; somewhat surprisingly, at times lidocaine seemed to be successful in controlling seizures in patients who were refractory to phenytoin. The aforementioned dosages should not be overshot, in order to keep lidocaine levels under 5 mg/L and avoid seizure induction (Hamano et al., 2006). A recent pediatric retrospective survey on 57 RSE episodes (37 patients) described a response in 36%, and no major adverse events; mortality was not given (Hamano et al., 2006 Verapamil, a calcium-channel blocker, also inhibits P-glycoprotein, a multidrug transporter that may diminish AED availability in the brain (Potschka et al., 2002). Few case reports on its use in humans are available; this medication nevertheless appears relatively safe (under cardiac monitoring) up to dosages of 360 mg/day (Iannetti et al., 2005). Magnesium, a widely used agent for seizures elicited by eclampsia, has also been anecdotally reported in RSE (Fisher et al., 1988; Robakis & Hirsch, 2006), but with scarce results even at serum levels of 14 mm. The rationale may be found in the physiologic blockage of NMDA channels by magnesium ions (Hope & Blumenfeld, 2005). Ketogenic diet has been prescribed for decades, mostly in children, to control refractory seizures. Its use in RSE as ''ultima ratio'' has been occasionally described: three of six children (Francois et al., 2003) and one adult (Bodenant et al., 2008) were responders. This approach displays its effect subacutely over several days to a few weeks. Because ''malignant RSE'' seems at times to be the consequence of immunologic processes (Holtkamp et al., 2005), a course of immunomodulatory treatment is often advocated in this setting, even in the absence of definite autoimmune etiologies (Robakis & Hirsch, 2006); steroids, adrenocorticotropic hormone (ACTH), plasma exchanges, or intravenous immunoglobulins may be used alone or in sequential combination. Nonpharmacologic Approaches These strategies are described somewhat less frequently than pharmacologic approaches. Acute implantation of vagus nerve stimulation (VNS) has been reported in RSE (Winston et al., 2001; Patwardhan et al., 2005; De Herdt et al., 2009). Stimulation was usually initiated in the operation room, and intensity progressively adapted over a few days up to 1.25 mA (with various regimens regarding the other parameters), allowing a subacute seizure control; one transitory episode of bradycardia/asystole has been described (De Herdt et al., 2009). Of course, pending identification of a definite seizure focus, resective surgery may also be considered in selected cases (Lhatoo & Alexopoulos, 2007). Low-frequency (0.5 Hz) transcranial magnetic stimulation (TMS) at 90% of the resting motor threshold has been reported to be successful for about 2 months in a patient with epilepsia partialis continua, but with a weaning effect afterward, implying the need for a repetitive use (Misawa et al., 2005). More recently, TMS was applied in a combination of a short ''priming'' high frequency (up to 100 Hz) and longer runs of low-frequency stimulations (1 Hz) at 90-100% of the motor threshold in seven other patients with simple-partial status, with mixed results (Rotenberg et al., 2009). Paradoxically at first glance, electroconvulsive treatment may be found in cases of extremely resistant RSE. A recent case report illustrates its use in an adult patient with convulsive status, with three sessions (three convulsions each) carried out over 3 days, resulting in a moderate recovery; the mechanism is believed to be related to modification of the synaptic release of neurotransmitters (Cline & Roos, 2007). Therapeutic hypothermia, which is increasingly used in postanoxic patients (Oddo et al., 2008), has been the object of a recent case series in RSE (Corry et al., 2008). Reduction of energy demand, excitatory neurotransmission, and neuroprotective effects may account for the putative mechanism of action. Four adult patients in RSE were cooled to 31_-34_C with an endovascular system for up to 90 h, and then passively rewarmed over 2-50 h. Seizures were controlled in two patients, one of whom died; also one of the other two patients in whom seizures continued subsequently deceased. Possible side effects are related to acid-base and electrolyte disturbances, and coagulation dysfunction including thrombosis, infectious risks, cardiac arrhythmia, and paralytic ileus (Corry et al., 2008; Cereda et al., 2009). Finally, anecdotic evidence suggests that cerebrospinal fluid (CSF)-air exchange may induce some transitory benefit in RSE (Kohrmann et al., 2006); although this approach was already in use in the middle of the twentieth century, the mechanism is unknown. Acknowledgment A wide spectrum of pharmacologic (sedating and nonsedating) and nonpharmacologic (surgical, or involving electrical stimulation) regimens might be applied to attempt RSE control. Their use should be considered only after refractoriness to AED or anesthetics displaying a higher level of evidence. Although it seems unlikely that these uncommon and scarcely studied strategies will influence the RSE outcome in a decisive way, some may be interesting in particular settings. However, because the main prognostic determinant in status epilepticus appears to be related to the underlying etiology rather than to the treatment approach (Rossetti et al., 2005, 2008), the safety issue should always represent a paramount concern for the prescribing physician. Conclusion The author confirms that he has read the Journal's position on issues involved in ethical publication and affirms that this paper is consistent with those guidelines.

Contributions of pitch and bandwidth to sound-induced enhancement of visual cortex excitability in humans.

Multisensory interactions have been documented within low-level, even primary, cortices and at early post-stimulus latencies. These effects are in turn linked to behavioral and perceptual modulations. In humans, visual cortex excitability, as measured by transcranial magnetic stimulation (TMS) induced phosphenes, can be reliably enhanced by the co-presentation of sounds. This enhancement occurs at pre-perceptual stages and is selective for different types of complex sounds. However, the source(s) of auditory inputs effectuating these excitability changes in primary visual cortex remain disputed. The present study sought to determine if direct connections between low-level auditory cortices and primary visual cortex are mediating these kinds of effects by varying the pitch and bandwidth of the sounds co-presented with single-pulse TMS over the occipital pole. Our results from 10 healthy young adults indicate that both the central frequency and bandwidth of a sound independently affect the excitability of visual cortex during processing stages as early as 30 msec post-sound onset. Such findings are consistent with direct connections mediating early-latency, low-level multisensory interactions within visual cortices.

Organization and plasticity of auditory spatial representations

Spatial hearing refers to a set of abilities enabling us to determine the location of sound sources, redirect our attention toward relevant acoustic events, and recognize separate sound sources in noisy environments. Determining the location of sound sources plays a key role in the way in which humans perceive and interact with their environment. Deficits in sound localization abilities are observed after lesions to the neural tissues supporting these functions and can result in serious handicaps in everyday life. These deficits can, however, be remediated (at least to a certain degree) by the surprising capacity of reorganization that the human brain possesses following damage and/or learning, namely, the brain plasticity. In this thesis, our aim was to investigate the functional organization of auditory spatial functions and the learning-induced plasticity of these functions. Overall, we describe the results of three studies. The first study entitled "The role of the right parietal cortex in sound localization: A chronometric single pulse transcranial magnetic stimulation study" (At et al., 2011), study A, investigated the role of the right parietal cortex in spatial functions and its chronometry (i.e. the critical time window of its contribution to sound localizations). We concentrated on the behavioral changes produced by the temporarily inactivation of the parietal cortex with transcranial magnetic stimulation (TMS). We found that the integrity of the right parietal cortex is crucial for localizing sounds in the space and determined a critical time window of its involvement, suggesting a right parietal dominance for auditory spatial discrimination in both hemispaces. In "Distributed coding of the auditory space in man: evidence from training-induced plasticity" (At et al., 2013a), study B, we investigated the neurophysiological correlates and changes of the different sub-parties of the right auditory hemispace induced by a multi-day auditory spatial training in healthy subjects with electroencephalography (EEG). We report a distributed coding for sound locations over numerous auditory regions, particular auditory areas code specifically for precise parts of the auditory space, and this specificity for a distinct region is enhanced with training. In the third study "Training-induced changes in auditory spatial mismatch negativity" (At et al., 2013b), study C, we investigated the pre-attentive neurophysiological changes induced with a training over 4 days in healthy subjects with a passive mismatch negativity (MMN) paradigm. We showed that training changed the mechanisms for the relative representation of sound positions and not the specific lateralization themselves and that it changed the coding in right parahippocampal regions. - L'audition spatiale désigne notre capacité à localiser des sources sonores dans l'espace, de diriger notre attention vers les événements acoustiques pertinents et de reconnaître des sources sonores appartenant à des objets distincts dans un environnement bruyant. La localisation des sources sonores joue un rôle important dans la façon dont les humains perçoivent et interagissent avec leur environnement. Des déficits dans la localisation de sons sont souvent observés quand les réseaux neuronaux impliqués dans cette fonction sont endommagés. Ces déficits peuvent handicaper sévèrement les patients dans leur vie de tous les jours. Cependant, ces déficits peuvent (au moins à un certain degré) être réhabilités grâce à la plasticité cérébrale, la capacité du cerveau humain à se réorganiser après des lésions ou un apprentissage. L'objectif de cette thèse était d'étudier l'organisation fonctionnelle de l'audition spatiale et la plasticité induite par l'apprentissage de ces fonctions. Dans la première étude intitulé « The role of the right parietal cortex in sound localization : A chronometric single pulse study » (At et al., 2011), étude A, nous avons examiné le rôle du cortex pariétal droit dans l'audition spatiale et sa chronométrie, c'est-à- dire le moment critique de son intervention dans la localisation de sons. Nous nous sommes concentrés sur les changements comportementaux induits par l'inactivation temporaire du cortex pariétal droit par le biais de la Stimulation Transcrânienne Magnétique (TMS). Nous avons démontré que l'intégrité du cortex pariétal droit est cruciale pour localiser des sons dans l'espace. Nous avons aussi défini le moment critique de l'intervention de cette structure. Dans « Distributed coding of the auditory space : evidence from training-induced plasticity » (At et al., 2013a), étude B, nous avons examiné la plasticité cérébrale induite par un entraînement des capacités de discrimination auditive spatiale de plusieurs jours. Nous avons montré que le codage des positions spatiales est distribué dans de nombreuses régions auditives, que des aires auditives spécifiques codent pour des parties données de l'espace et que cette spécificité pour des régions distinctes est augmentée par l'entraînement. Dans « Training-induced changes in auditory spatial mismatch negativity » (At et al., 2013b), étude C, nous avons examiné les changements neurophysiologiques pré- attentionnels induits par un entraînement de quatre jours. Nous avons montré que l'entraînement modifie la représentation des positions spatiales entraînées et non-entrainées, et que le codage de ces positions est modifié dans des régions parahippocampales.

Effets de la vibration des muscles sur les mécanismes neuronaux et la fonction du membre supérieur et inférieur des personnes ayant une hémiparésie chronique

Cette thèse vise à répondre à trois questions fondamentales: 1) La diminution de l’excitabilité corticospinale et le manque d’inhibition intracorticale observés suite à la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) du cortex moteur de la main atteinte de sujets hémiparétiques sont-ils aussi présents suite à la SMT du cortex moteur de la jambe atteinte? 2) Est-ce que les altérations dans l’excitabilité corticomotrice sont corrélées aux déficits et incapacités motrices des personnes ayant subi un accident vasculaire cérébral depuis plus de 6 mois? 3) La vibration musculaire, étant la source d’une forte afférence sensorielle, peut-elle moduler l’excitabilité corticomotrice et améliorer la performance motrice de ces personnes? Premièrement, afin d’appuyer notre choix d’intervention et d’évaluer le potentiel de la vibration mécanique locale pour favoriser la réadaptation des personnes ayant une atteinte neurologique, nous avons réalisé une révision en profondeur de ses applications et intérêts cliniques à partir d’informations trouvées dans la littérature scientifique (article 1). La quantité importante d’information sur les effets physiologiques de la vibration contraste avec la pauvreté des études qui ont évalué son effet thérapeutique. Nous avons trouvé que, malgré le manque d’études, les résultats sur son utilisation sont encourageants et positifs et aucun effet adverse n’a été rapporté. Dans les trois autres articles qui composent cette thèse, l’excitabilité des circuits corticospinaux et intracorticaux a été étudiée chez 27 sujets hémiparétiques et 20 sujets sains sans atteintes neurologiques. Les fonctions sensorimotrices ont aussi été évaluées par des tests cliniques valides et fidèles. Tel qu’observé à la main chez les sujets hémiparétiques, nous avons trouvé, par rapport aux sujets sains, une diminution de l’excitabilité corticospinale ainsi qu’un manque d’inhibition intracorticale suite à la SMT du cortex moteur de la jambe atteinte (article 2). Les sujets hémiparétiques ont également montré un manque de focus de la commande motrice lors de l’activation volontaire des fléchisseurs plantaires. Ceci était caractérisé par une augmentation de l’excitabilité nerveuse des muscles agonistes, mais aussi généralisée aux synergistes et même aux antagonistes. De plus, ces altérations ont été corrélées aux déficits moteurs au membre parétique. Le but principal de cette thèse était de tester les effets potentiels de la vibration des muscles de la main (article 3) et de la cuisse (article 4) sur les mécanismes neuronaux qui contrôlent ces muscles. Nous avons trouvé que la vibration augmente l’amplitude de la réponse motrice des muscles vibrés, même chez des personnes n’ayant pas de réponse motrice au repos ou lors d’une contraction volontaire. La vibration a également diminué l’inhibition intracorticale enregistrée au quadriceps parétique (muscle vibré). La diminution n’a cependant pas été significative au niveau de la main. Finalement, lors d’un devis d’investigation croisé, la vibration de la main ou de la jambe parétique a résulté en une amélioration spécifique de la dextérité manuelle ou de la coordination de la jambe, respectivement. Au membre inférieur, la vibration du quadriceps a également diminuée la spasticité des patients. Les résultats obtenus dans cette thèse sont très prometteurs pour la rééducation de la personne hémiparétique car avec une seule séance de vibration, nous avons obtenu des améliorations neurophysiologiques et cliniques.

Role of corticospinal influences in post-stroke spasticity

Chez les personnes post-AVC (Accident Vasculaire Cérébral), spasticité, faiblesse et toute autre coactivation anormale proviennent de limitations dans la régulation de la gamme des seuils des réflexes d'étirement. Nous avons voulu savoir si les déficits dans les influences corticospinales résiduelles contribuaient à la limitation de la gamme des seuils et au développement de la spasticité chez les patients post-AVC. La stimulation magnétique transcranienne (SMT) a été appliquée à un site du cortex moteur où se trouvent les motoneurones agissant sur les fléchisseurs et extenseurs du coude. Des potentiels évoqués moteurs (PEM) ont été enregistrés en position de flexion et d'extension du coude. Afin d'exclure l'influence provenant de l'excitabilité motoneuronale sur l'évaluation des influences corticospinales, les PEM ont été suscités lors de la période silencieuse des signaux électromyographiques (EMG) correspondant à un bref raccourcissement musculaire juste avant l'enclenchement de la SMT. Chez les sujets contrôles, il y avait un patron réciproque d'influences corticospinales (PEM supérieurs en position d'extension dans les extenseurs et vice-versa pour les fléchisseurs). Quant à la plupart des sujets post-AVC ayant un niveau clinique élevé de spasticité, la facilitation corticospinale dans les motoneurones des fléchisseurs et extenseurs était supérieure en position de flexion (patron de co-facilitation). Les résultats démontrent que la spasticité est associée à des changements substantiels des influences corticospinales sur les motoneurones des fléchisseurs et des extenseurs du coude.

Contrôle cortico-spinal des mouvements volontaires du coude

Il existe plusieurs théories du contrôle moteur, chacune présumant qu’une différente variable du mouvement est réglée par le cortex moteur. On trouve parmi elles la théorie du modèle interne qui a émis l’hypothèse que le cortex moteur programme la trajectoire du mouvement et l’activité électromyographique (EMG) d’une action motrice. Une autre, appelée l’hypothèse du point d’équilibre, suggère que le cortex moteur établisse et rétablisse des seuils spatiaux; les positions des segments du corps auxquelles les muscles et les réflexes commencent à s’activer. Selon ce dernier, les paramètres du mouvement sont dérivés sans pré-programmation, en fonction de la différence entre la position actuelle et la position seuil des segments du corps. Pour examiner de plus près ces deux théories, nous avons examiné l’effet d’un changement volontaire de l’angle du coude sur les influences cortico-spinales chez des sujets sains en employant la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) par-dessus le site du cortex moteur projetant aux motoneurones des muscles du coude. L’état de cette aire du cerveau a été évalué à un angle de flexion du coude activement établi par les sujets, ainsi qu’à un angle d’extension, représentant un déplacement dans le plan horizontal de 100°. L’EMG de deux fléchisseurs du coude (le biceps et le muscle brachio-radial) et de deux extenseurs (les chefs médial et latéral du triceps) a été enregistrée. L’état d’excitabilité des motoneurones peut influer sur les amplitudes des potentiels évoqués moteurs (MEPs) élicitées par la TMS. Deux techniques ont été entreprises dans le but de réduire l’effet de cette variable. La première était une perturbation mécanique qui raccourcissait les muscles à l'étude, produisant ainsi une période de silence EMG. La TMS a été envoyée avec un retard après la perturbation qui entraînait la production du MEP pendant la période de silence. La deuxième technique avait également le but d’équilibrer l’EMG des muscles aux deux angles du coude. Des forces assistantes ont été appliquées au bras par un moteur externe afin de compenser les forces produites par les muscles lorsqu’ils étaient actifs comme agonistes d’un mouvement. Les résultats des deux séries étaient analogues. Un muscle était facilité quand il prenait le rôle d’agoniste d’un mouvement, de manière à ce que les MEPs observés dans le biceps fussent de plus grandes amplitudes quand le coude était à la position de flexion, et ceux obtenus des deux extenseurs étaient plus grands à l’angle d’extension. Les MEPs examinés dans le muscle brachio-radial n'étaient pas significativement différents aux deux emplacements de l’articulation. Ces résultats démontrent que les influences cortico-spinales et l’activité EMG peuvent être dissociées, ce qui permet de conclure que la voie cortico-spinale ne programme pas l’EMG à être générée par les muscles. Ils suggèrent aussi que le système cortico-spinal établit les seuils spatiaux d’activation des muscles lorsqu’un segment se déplace d’une position à une autre. Cette idée suggère que des déficiences dans le contrôle des seuils spatiaux soient à la base de certains troubles moteurs d’origines neurologiques tels que l’hypotonie et la spasticité.

Expérience subjective et différences individuelles dans l'intégration d'informations visuelle et kinesthésique

L’expérience subjective accompagnant un mouvement se construit a posteriori en intégrant différentes sources d’informations qui s’inter-influencent à différents moments tant avant qu’après le mouvement. Cette expérience subjective est interprétée par un modèle d’attribution bayésien afin de créer une expérience d’agentivité et de contrôle sur les mouvements de son propre corps. Afin de déterminer l’apport de l’interaction entre les paramètres considérés par le modèle d’attribution et d’investiguer la présence de disparités inter-individuelles dans la formation de l’expérience subjective du mouvement, une série de 90 pulsations simples de stimulation magnétique transcrânienne (SMT) sur le cortex moteur primaire (M1) suivi de multiples questions sur l’expérience subjective reliée au mouvement provoqué a été effectuée chez 20 participants normaux. Les données objectives du mouvement ont été recueillies par électromyographie (EMG) et capture du mouvement. Un modèle de régression a entre autres été effectué pour chaque participant afin de voir quelle proportion du jugement subjectif pouvait être expliqué par des indices objectifs et cette proportion variait grandement entre les participants. Les résultats de la présente étude indiquent la présence d’une capacité individuelle à se former des jugements subjectifs reflétant adéquatement la réalité comme en témoigne la cohérence entre les différentes mesures d’acuité et plusieurs variables mesurant l’expérience subjective.

Corticospinal excitability not affected by negative motor imagery or intention

Bien que l’imagerie motrice positive ait été bien étudiée et est utilisée en réhabilitation, l’effet de l’imagerie motrice négative est beaucoup moins connu. Le but de cette recherche était de définir si l’intention et/ou l’imagerie motrice négative serait en mesure de réduire l’effet d’une stimulation magnétique transcrânienne (SMT) sur le cortex moteur. Vingt participants ont reçu trente stimulations de SMT dans trois situations différentes : En restant passif, en portant une attention particulière aux sensations dans leur main ou en tentant de réduire l’effet de la SMT. La moitié des participants ont utilisé une stratégie d’imagerie motrice, l’autre moitié leur intention. Dans les deux cas, l’amplitude dans la condition de modulation n’a pas été réduite de façon significative.

Le GABA comme marqueur de récupération suite à une commotion cérébrale dans le sport ?

L’association démontrée récemment entre les commotions cérébrales dans le sport et le développement possible de maladies neurodégénératives a suggéré la possibilité que des altérations persistantes soient présentes dans le cerveau de l’athlète commotionné. En fait, des altérations neurophysiologiques ont récemment été révélées au sein du cortex moteur primaire (M1) d’athlètes ayant un historique de commotions via la stimulation magnétique transcrânienne (SMT). Plus précisément, la période silencieuse corticale (PSC), une mesure d’inhibition liée aux récepteurs GABAB, était anormalement élevée, et cette hyper-inhibition était présente jusqu’à 30 ans post-commotion. La PSC, et possiblement le GABA, pourraient donc s’avérer des marqueurs objectifs des effets persistants de la commotion cérébrale. Toutefois, aucune étude à ce jour n’a directement évalué les niveaux de GABA chez l’athlète commotionné. Ainsi, les études cliniques et méthodologiques composant le présent ouvrage comportent deux objectifs principaux: (1) déterminer si l’inhibition excessive (GABA et PSC) est un marqueur des effets persistants de la commotion cérébrale; (2) déterminer s’il est possible de moduler l’inhibition intracorticale de façon non-invasive dans l’optique de développer de futurs avenues de traitements. L’article 1 révèle une préservation des systèmes sensorimoteurs, somatosensoriels et de l’inhibition liée au GABAA chez un groupe d’athlètes universitaires asymptomatiques ayant subi de multiples commotions cérébrales en comparaison avec des athlètes sans historique connu de commotion cérébrale. Cependant, une atteinte spécifique des mesures liées au système inhibiteur associé aux récepteurs GABAB est révélée chez les athlètes commotionnés en moyenne 24 mois post-commotion. Dans l’article 2, aucune atteinte des mesures SMT liées au système inhibiteur n’est révélée en moyenne 41 mois après la dernière commotion cérébrale chez un groupe d’athlètes asymptomatiques ayant subi 1 à 5 commotions cérébrales. Bien qu’aucune différence entre les groupes n’est obtenue quant aux concentrations de GABA et de glutamate dans M1 via la spectroscopie par résonance magnétique (SRM), des corrélations différentielles suggèrent la présence d’un déséquilibre métabolique entre le GABA et le glutamate chez les athlètes commotionnés. L’article 3 a démontré, chez des individus en bonne santé, un lien entre la PSC et la transmission glutamatergique, ainsi que le GABA et le glutamate. Ces résultats suggèrent que la PSC ne reflète pas directement les concentrations du GABA mesurées par la SRM, mais qu’un lien étroit entre la GABA et le glutamate est présent. L’article 4 a démontré la possibilité de moduler la PSC avec la stimulation électrique transcrânienne à courant direct (SÉTcd) anodale chez des individus en santé, suggérant l’existence d’un potentiel thérapeutique lié à l’utilisation de cette technique. L’article 5 a illustré un protocole d’évaluation des effets métaboliques de la SÉTcd bilatérale. Dans l’article 6, aucune modulation des systèmes GABAergiques révélées par la SMT et la SRM n’est obtenue suite à l’utilisation de ce protocole auprès d’individus en santé. Cet article révèle également que la SÉTcd anodale n’engendre pas de modulation significative du GABA et du glutamate. En somme, les études incluent dans le présent ouvrage ont permis d’approfondir les connaissances sur les effets neurophysiologiques et métaboliques des commotions cérébrales, mais également sur le mécanisme d’action des diverses méthodologies utilisées.

Eficacia de la estimulación magnética transcraneal en la disminución de severidad en el trastorno depresivo mayor en monoterapia y coadyuvante comparado con tratamientos farmacológicos. Revisión sistemática y meta-análisis

Resumen Introducción Una posible opción de tratamiento para el manejo del trastorno depresivo mayor (TDM) es la estimulación magnética transcraneal (EMT) que ha mostrado propiedades antidepresivas superiores al placebo con un buen perfil de seguridad. El objetivo del presente trabajo es determinar la reducción en la severidad del TDM y la proporción de eventos adversos (EA) en pacientes con TDM refractario y no refractario, posterior al uso de EMT administrada en monoterapia o tratamiento coadyuvante comparado con terapia farmacológica. Metodología Se planteó una pregunta PICOT de la cual se realizó una búsqueda sistemática de estudios clínicos en las bases de datos Medline, EMBASE y Cochrane. Dos investigadores en forma independiente realizaron la selección de artículos, evaluación de calidad con la herramienta de la colaboración Cochrane y extracción de datos. Se extrajeron datos de eficacia como tasa de respuesta, porcentaje de remisión, calidad de vida, diminución sintomática del trastorno depresivo mayor en la escala de Hamilton y capacidad funcional. Igualmente, proporción de pacientes con EA. Se realizó un meta-análisis de estas variables teniendo en cuenta la heterogeneidad. Resultados La presente revisión sistemática incluyó 26 estudios clínicos aleatorizados de baja calidad metodológica mostrando que la EMT presentó una eficacia superior cuando es usada como coadyuvante a las terapias con que venían siendo tratados los pacientes con TDM refractario y no refractario en los desenlaces de tasa de respuesta y porcentaje de remisión. En el caso de intervenciones farmacológicas específicas, la EMT presento eficacia similar, tanto en terapia coadyuvante como en monoterapia comparado con las intervenciones farmacológicas. En cuanto a seguridad, la EMT presenta un buen perfil de seguridad debido a que en todos los escenarios estudiados los EA fueron no serios y baja frecuencia Conclusiones La evidencia disponible sugiere que la EMT mostró ser efectivo y seguro para el manejo del TDM refractario y no refractario. Sin embargo, la evidencia es débil por lo tanto se necesita mayor investigación clínica que soporte su uso.

Causal evidence for frontal involvement in memory target maintenance by posterior brain areas during distracter interference of visual working memory

Dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) is recruited during visual working memory (WM) when relevant information must be maintained in the presence of distracting information. The mechanism by which DLPFC might ensure successful maintenance of the contents of WM is, however, unclear; it might enhance neural maintenance of memory targets or suppress processing of distracters. To adjudicate between these possibilities, we applied time-locked transcranial magnetic stimulation (TMS) during functional MRI, an approach that permits causal assessment of a stimulated brain region's influence on connected brain regions, and evaluated how this influence may change under different task conditions. Participants performed a visual WM task requiring retention of visual stimuli (faces or houses) across a delay during which visual distracters could be present or absent. When distracters were present, they were always from the opposite stimulus category, so that targets and distracters were represented in distinct posterior cortical areas. We then measured whether DLPFC-TMS, administered in the delay at the time point when distracters could appear, would modulate posterior regions representing memory targets or distracters. We found that DLPFC-TMS influenced posterior areas only when distracters were present and, critically, that this influence consisted of increased activity in regions representing the current memory targets. DLPFC-TMS did not affect regions representing current distracters. These results provide a new line of causal evidence for a top-down DLPFC-based control mechanism that promotes successful maintenance of relevant information in WM in the presence of distraction.

Direct evidence for attention-dependent influences of the frontal eye-fields on feature-responsive visual cortex

Voluntary selective attention can prioritize different features in a visual scene. The frontal eye-fields (FEF) are one potential source of such feature-specific top-down signals, but causal evidence for influences on visual cortex (as was shown for "spatial" attention) has remained elusive. Here, we show that transcranial magnetic stimulation (TMS) applied to right FEF increased the blood oxygen level-dependent (BOLD) signals in visual areas processing "target feature" but not in "distracter feature"-processing regions. TMS-induced BOLD signals increase in motion-responsive visual cortex (MT+) when motion was attended in a display with moving dots superimposed on face stimuli, but in face-responsive fusiform area (FFA) when faces were attended to. These TMS effects on BOLD signal in both regions were negatively related to performance (on the motion task), supporting the behavioral relevance of this pathway. Our findings provide new causal evidence for the human FEF in the control of nonspatial "feature"-based attention, mediated by dynamic influences on feature-specific visual cortex that vary with the currently attended property.

Causal evidence for a privileged working memory state in early visual cortex

Emerging evidence suggests that items held in working memory(WM)might not all be in the same representational state. One item might be privileged over others, making it more accessible and thereby recalled with greater precision. Here, using transcranial magnetic stimulation (TMS), we provide causal evidence in human participants that items inWMare differentially susceptible to disruptive TMS, depending on their state, determined either by task relevance or serial position. Across two experiments, we applied TMS to area MT during the WM retention of two motion directions. In Experiment 1, we used an “incidental cue” to bring one of the two targets into a privileged state. In Experiment 2, we presented the targets sequentially so that the last item was in a privileged state by virtue of recency. In both experiments, recall precision of motion direction was differentially affected by TMS, depending on the state of the memory target at the time of disruption. Privileged items were recalled with less precision, whereas nonprivileged items were recalled with higher precision. Thus, only the privileged item was susceptible to disruptive TMS over MT�. By contrast, precision of the nonprivileged item improved either directly because of facilitation by TMS or indirectly through reduced interference from the privileged item. Our results provide a unique line of evidence, as revealed by TMS over a posterior sensory brain region, for at least two different states of item representation in WM.