Efeito agudo da respiração abdominal lenta sobre a atividade cerebral, respostas emocionais e cardiovasculares

Introduction: Slow abdominal breathing (SAB) stimulates baroreflex and generates respiratory sinus arrhythmia, changing cardiovascular, emotional and cerebral systems acute and chronically. However, although meditative practices have been receiving increasingly attention in the last years, there is no agreement on the neurophysiological changes underlying them, mainly because of the lack of topographical pieces of information. Purpose: We aimed to analyze the acute effect of SAB on brain activity, emotional and cardiovascular responses in untrained subjects in meditative techniques. Methods: Seventeen healthy adults’ men were assessed into two different sessions in a random and crossed order. Into experimental session, they breathed in 6 cycles/minute and in control session they kept breathing in normal rate, both for 20 minutes. xi Before, during, and after each session we assessed brain activity using electroencephalography (EEG), anxiety, mood, heart rate variability (HRV) and blood pressure. The sLORETA software was used to analyze EEG data for source localization of brain areas in which activity was changed. Results: The sLORETA showed that beta band frequency was reduced in frontal gyrus (P<0.01) and anterior cingulate cortex (P<0.05) both during and after SAB (P<0.05) compared to the moment before it. There was no change in brain activity in control session. Additionally, a two-way repeated measures ANOVA showed that there was no effect on anxiety (P>0.8) and mood (P>0.08). There were improvements in HRV (P<0.03), with increased RR interval and decreased HR after SAB, as well as increased SDNN, RMSSD, pNN50, low frequency, LF/HF ratio, and total power during it, with no changes in SBP and DBP. Conclusions: We conclude that SAB is able to change brain activity in areas responsible for emotional processing, even without behavioral changes. Furthermore, SAB improves HRV and does not change blood pressure in normotensive.

Counteractive effects of antenatal glucocorticoid treatment on D1 receptor modulation of spatial working memory

RATIONALE: Antenatal exposure to the glucocorticoid dexamethasone dramatically increases the number of mesencephalic dopaminergic neurons in rat offspring. However, the consequences of this expansion in midbrain dopamine (DA) neurons for behavioural processes in adulthood are poorly understood, including working memory that depends on DA transmission in the prefrontal cortex (PFC). OBJECTIVES: We therefore investigated the influence of antenatal glucocorticoid treatment (AGT) on the modulation of spatial working memory by a D1 receptor agonist and on D1 receptor binding and DA content in the PFC and striatum. METHODS: Pregnant rats received AGT on gestational days 16-19 by adding dexamethasone to their drinking water. Male offspring reared to adulthood were trained on a delayed alternation spatial working memory task and administered the partial D1 agonist SKF38393 (0.3-3 mg/kg) by systemic injection. In separate groups of control and AGT animals, D1 receptor binding and DA content were measured post-mortem in the PFC and striatum. RESULTS: SKF38393 impaired spatial working memory performance in control rats but had no effect in AGT rats. D1 binding was significantly reduced in the anterior cingulate cortex, prelimbic cortex, dorsal striatum and ventral pallidum of AGT rats compared with control animals. However, AGT had no significant effect on brain monoamine levels. CONCLUSIONS: These findings demonstrate that D1 receptors in corticostriatal circuitry down-regulate in response to AGT. This compensatory effect in D1 receptors may result from increased DA-ergic tone in AGT rats and underlie the resilience of these animals to the disruptive effects of D1 receptor activation on spatial working memory.

Pratiques parentales coercitives, anxiété et traitement de la peur chez les jeunes en bonne santé: corrélats neuronaux, biologiques, physiologiques et comportementaux

L’adversité tôt dans la vie est associée au développement de symptômes anxieux pouvant perdurer jusqu’à l’âge adulte (Casey et el, 2010, Pine 2003). Des études chez l’adulte suggèrent que ces liens pourraient être associés à des altérations du « circuit de la peur » qui inclut l’amygdale, l’hippocampe antérieur, l’insula et le cortex préfrontal (Marek, 2013, Etkin & Wager, 2007). Ceci a cependant peu été étudié chez les jeunes. L’objectif principal de cette thèse était de définir les corrélats comportementaux, physiologiques, biologiques et neuronaux du traitement de la peur chez les jeunes en bonne santé, en lien ou non avec un historique d’adversité -- sous la forme de pratiques parentales coercitives -- et d’anxiété. D’abord, puisque nous nous intéressions aux pratiques parentales coercitives chroniques, nous avons examiné leur évolution et facteurs de risque, en nous concentrant sur la période de 17 à 72 mois. Un total de 2045 dyades mère-enfant ont été incluses dans une analyse de courbe de croissance latente. Nous avons démontré que la coercition maternelle suit une évolution non linéaire durant cette période et atteint un sommet à 42 mois. Les facteurs de risque relatifs à l’enfant et à la mère, mesurés à 17 mois, permettent de prédire les niveaux de coercition à 42 mois. Finalement, les prédicteurs relatifs à l’enfant et l’efficacité maternelle prédisent l’évolution des pratiques parentales coercitives entre 17 et 72 mois. Ensuite, afin de définir une méthodologie solide pour étudier le traitement de la peur chez des jeunes, nous avons adapté une tâche développée par Lau et ses collaborateurs (2008), employant des visages féminins comme stimuli. Le sexe des participants et des visages employés comme stimuli pouvant potentiellement moduler le traitement de la peur (Kret & de Gelder, 2012; McClure, 2000), nous avons étudié leurs influences respectives sur les réponses électrodermales et subjectives de peur durant le conditionnement et l’extinction de la peur chez 117 jeunes. Nous avons démontré que les stimuli féminins suscitent des réponses davantage comparables entre les garçons et les filles que les stimuli masculins. De plus, nous avons observé un effet du « même sexe », caractérisé par un conditionnement différentiel uniquement face aux stimuli du même sexe que le participant. Finalement, nous avons exploré les différences individuelles et conjointes associées aux différents niveaux de pratiques parentales coercitives et d’anxiété en termes de réponses de peur et d’activité cérébrale, durant le conditionnement et l’extinction de la peur chez 84 jeunes. Nous avons démontré que la coercition est spécifiquement associée au fonctionnement du lobe temporal médian et aux interactions entre l’amygdale et l’insula, durant le conditionnement. Durant l’extinction, les niveaux d’anxiété étaient associés à des différences spécifiques d’activation du gyrus cingulaire antérieur (GCA) dorsal. Enfin, les pratiques parentales coercitives et l’anxiété interagissent et viennent moduler la connectivité fonctionnelle amygdale - GCA rostral, l’activation d’une sous-région du GCA dorsal et les réponses subjectives de peur. Ces résultats ajoutent une pièce au casse-tête des neurosciences développementales et fournissent des pistes intéressantes pour le développement d’interventions futures.

Facteurs de risque de développement de troubles intériorisés : études en Imagerie par Résonance Magnétique structurelle

Plusieurs facteurs de risque de développement de troubles intériorisés, tels que les troubles d’anxiété et de l’humeur, ont été identifiés dans la littérature. Les deux plus importants facteurs de risques regroupent l’adversité vécue durant l’enfance (par exemple la maltraitance) et le risque parental (c’est-à-dire la présence d’un trouble intériorisé chez l’un ou les deux parents). Ces facteurs de risque ont été liés à des changements neuroanatomiques similaires à ceux observés en lien avec les troubles intériorisés. Ainsi, en présence de ces facteurs de risque, des anomalies anatomiques pourraient laisser présager l’apparition prochaine d’une symptomatologie de troubles intériorisés chez des individus encore asymptomatiques. Chez les quelques populations de jeunes investiguées, les participants présentaient des comorbidités et/ou étaient sous médication, ce qui rend difficile l’interprétation des atteintes cérébrales observées. Ce travail de thèse s’est intéressé aux liens entre ces deux facteurs de risque et les substrats neuroanatomiques associés à chacun d’eux, chez des adolescents asymptomatiques et n’étant sous aucune médication. Une première étude a examiné le lien entre le niveau de pratiques parentales coercitives et le niveau de symptômes d’anxiété, mesurés de manière longitudinale depuis la naissance, et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 2). Une deuxième étude a examiné le lien entre le risque parental de développer des troubles d’anxiété et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 3). Une troisième étude s’est intéressée au lien entre le risque parental de développer un trouble de dépression ou un trouble bipolaire et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 4). Les résultats démontrent des différences de volume et/ou d’épaisseur corticale dans plusieurs structures clés impliquées dans le traitement et la régulation des émotions. C’est le cas du cortex préfrontal, de l’amygdale, de l’hippocampe et du striatum. Ces résultats suggèrent que certaines des différences neuroanatomiques observées dans les troubles intériorisés peuvent être présentes avant que le trouble ne se manifeste, et représenter des marqueurs neuronaux du risque de développer le trouble. Les implications théoriques et les limites de ces trois études sont finalement discutées dans le Chapitre 5.

Pratiques parentales coercitives, anxiété et traitement de la peur chez les jeunes en bonne santé: corrélats neuronaux, biologiques, physiologiques et comportementaux

L’adversité tôt dans la vie est associée au développement de symptômes anxieux pouvant perdurer jusqu’à l’âge adulte (Casey et el, 2010, Pine 2003). Des études chez l’adulte suggèrent que ces liens pourraient être associés à des altérations du « circuit de la peur » qui inclut l’amygdale, l’hippocampe antérieur, l’insula et le cortex préfrontal (Marek, 2013, Etkin & Wager, 2007). Ceci a cependant peu été étudié chez les jeunes. L’objectif principal de cette thèse était de définir les corrélats comportementaux, physiologiques, biologiques et neuronaux du traitement de la peur chez les jeunes en bonne santé, en lien ou non avec un historique d’adversité -- sous la forme de pratiques parentales coercitives -- et d’anxiété. D’abord, puisque nous nous intéressions aux pratiques parentales coercitives chroniques, nous avons examiné leur évolution et facteurs de risque, en nous concentrant sur la période de 17 à 72 mois. Un total de 2045 dyades mère-enfant ont été incluses dans une analyse de courbe de croissance latente. Nous avons démontré que la coercition maternelle suit une évolution non linéaire durant cette période et atteint un sommet à 42 mois. Les facteurs de risque relatifs à l’enfant et à la mère, mesurés à 17 mois, permettent de prédire les niveaux de coercition à 42 mois. Finalement, les prédicteurs relatifs à l’enfant et l’efficacité maternelle prédisent l’évolution des pratiques parentales coercitives entre 17 et 72 mois. Ensuite, afin de définir une méthodologie solide pour étudier le traitement de la peur chez des jeunes, nous avons adapté une tâche développée par Lau et ses collaborateurs (2008), employant des visages féminins comme stimuli. Le sexe des participants et des visages employés comme stimuli pouvant potentiellement moduler le traitement de la peur (Kret & de Gelder, 2012; McClure, 2000), nous avons étudié leurs influences respectives sur les réponses électrodermales et subjectives de peur durant le conditionnement et l’extinction de la peur chez 117 jeunes. Nous avons démontré que les stimuli féminins suscitent des réponses davantage comparables entre les garçons et les filles que les stimuli masculins. De plus, nous avons observé un effet du « même sexe », caractérisé par un conditionnement différentiel uniquement face aux stimuli du même sexe que le participant. Finalement, nous avons exploré les différences individuelles et conjointes associées aux différents niveaux de pratiques parentales coercitives et d’anxiété en termes de réponses de peur et d’activité cérébrale, durant le conditionnement et l’extinction de la peur chez 84 jeunes. Nous avons démontré que la coercition est spécifiquement associée au fonctionnement du lobe temporal médian et aux interactions entre l’amygdale et l’insula, durant le conditionnement. Durant l’extinction, les niveaux d’anxiété étaient associés à des différences spécifiques d’activation du gyrus cingulaire antérieur (GCA) dorsal. Enfin, les pratiques parentales coercitives et l’anxiété interagissent et viennent moduler la connectivité fonctionnelle amygdale - GCA rostral, l’activation d’une sous-région du GCA dorsal et les réponses subjectives de peur. Ces résultats ajoutent une pièce au casse-tête des neurosciences développementales et fournissent des pistes intéressantes pour le développement d’interventions futures.

Facteurs de risque de développement de troubles intériorisés : études en Imagerie par Résonance Magnétique structurelle

Plusieurs facteurs de risque de développement de troubles intériorisés, tels que les troubles d’anxiété et de l’humeur, ont été identifiés dans la littérature. Les deux plus importants facteurs de risques regroupent l’adversité vécue durant l’enfance (par exemple la maltraitance) et le risque parental (c’est-à-dire la présence d’un trouble intériorisé chez l’un ou les deux parents). Ces facteurs de risque ont été liés à des changements neuroanatomiques similaires à ceux observés en lien avec les troubles intériorisés. Ainsi, en présence de ces facteurs de risque, des anomalies anatomiques pourraient laisser présager l’apparition prochaine d’une symptomatologie de troubles intériorisés chez des individus encore asymptomatiques. Chez les quelques populations de jeunes investiguées, les participants présentaient des comorbidités et/ou étaient sous médication, ce qui rend difficile l’interprétation des atteintes cérébrales observées. Ce travail de thèse s’est intéressé aux liens entre ces deux facteurs de risque et les substrats neuroanatomiques associés à chacun d’eux, chez des adolescents asymptomatiques et n’étant sous aucune médication. Une première étude a examiné le lien entre le niveau de pratiques parentales coercitives et le niveau de symptômes d’anxiété, mesurés de manière longitudinale depuis la naissance, et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 2). Une deuxième étude a examiné le lien entre le risque parental de développer des troubles d’anxiété et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 3). Une troisième étude s’est intéressée au lien entre le risque parental de développer un trouble de dépression ou un trouble bipolaire et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 4). Les résultats démontrent des différences de volume et/ou d’épaisseur corticale dans plusieurs structures clés impliquées dans le traitement et la régulation des émotions. C’est le cas du cortex préfrontal, de l’amygdale, de l’hippocampe et du striatum. Ces résultats suggèrent que certaines des différences neuroanatomiques observées dans les troubles intériorisés peuvent être présentes avant que le trouble ne se manifeste, et représenter des marqueurs neuronaux du risque de développer le trouble. Les implications théoriques et les limites de ces trois études sont finalement discutées dans le Chapitre 5.

THE INFLUENCE OF MOTIVATION ON EMOTION REGULATION AND MOTOR PERFORMANCE: EXAMINATION OF A NEURO-AFFECTIVE MODEL

Mental stress is known to disrupt the execution of motor performance and can lead to decrements in the quality of performance, however, individuals have shown significant differences regarding how fast and well they can perform a skilled task according to how well they can manage stress and emotion. The purpose of this study was to advance our understanding of how the brain modulates emotional reactivity under different motivational states to achieve differential performance in a target shooting task that requires precision visuomotor coordination. In order to study the interactions in emotion regulatory brain areas (i.e. the ventral striatum, amygdala, prefrontal cortex) and the autonomic nervous system, reward and punishment interventions were employed and the resulting behavioral and physiological responses contrasted to observe the changes in shooting performance (i.e. shooting accuracy and stability of aim) and neuro-cognitive processes (i.e. cognitive load and reserve) during the shooting task. Thirty-five participants, aged 18 to 38 years, from the Reserve Officers’ Training Corp (ROTC) at the University of Maryland were recruited to take 30 shots at a bullseye target in three different experimental conditions. In the reward condition, $1 was added to their total balance for every 10-point shot. In the punishment condition, $1 was deducted from their total balance if they did not hit the 10-point area. In the neutral condition, no money was added or deducted from their total balance. When in the reward condition, which was reportedly most enjoyable and least stressful of the conditions, heart rate variability was found to be positively related to shooting scores, inversely related to variability in shooting performance and positively related to alpha power (i.e. less activation) in the left temporal region. In the punishment (and most stressful) condition, an increase in sympathetic response (i.e. increased LF/HF ratio) was positively related to jerking movements as well as variability of placement (on the target) in the shots taken. This, coupled with error monitoring activity in the anterior cingulate cortex, suggests evaluation of self-efficacy might be driving arousal regulation, thus affecting shooting performance. Better performers showed variable, increasing high-alpha power in the temporal region during the aiming period towards taking the shot which could indicate an adaptive strategy of engagement. They also showed lower coherence during hit shots than missed shots which was coupled with reduced jerking movements and better precision and accuracy. Frontal asymmetry measures revealed possible influence of the prefrontal lobe in driving this effect in reward and neutral conditions. The possible interactions, reasons behind these findings and implications are discussed.

Regional specialization in pyramidal cell structure in the limbic cortex of the vervet monkey (Cercopithecus pygerythrus): an intracellular injection study of the anterior and posterior cingulate gyrus

The pyramidal cell phenotype varies quite dramatically in structure among different cortical areas in the primate brain. Comparative studies in visual cortex, in particular, but also in sensorimotor and prefrontal cortex, reveal systematic trends for pyramidal cell specialization in functionally related cortical areas. Moreover, there are systematic differences in the extent of these trends between different primate species. Recently we demonstrated differences in pyramidal cell structure in the cingulate cortex of the macaque monkey; however, in the absence of other comparative data it remains unknown as to whether the neuronal phenotype differs in cingulate cortex between species. Here we extend the basis for comparison by studying the structure of the basal dendritic trees of layer III pyramidal cells in the posterior and anterior cingulate gyrus of the vervet monkey (Brodmann's areas 23 and 24, respectively). Cells were injected with Lucifer Yellow in flat-mounted cortical slices, and processed for a light-stable DAB reaction product. Size, branching pattern, and spine density of basal dendritic arbors were determined, and somal areas measured. As in the macaque monkey, we found that pyramidal cells in anterior cingulate gyrus (area 24) were more branched and more spinous than those in posterior cingulate gyrus (area 23). In addition, the extent of the difference in pyramidal cell structure between these two cortical regions was less in the vervet monkey than in the macaque monkey.

Benign Epilepsy with Centro-temporal Spikes: Spike Triggered fMRI Shows Somato-sensory Cortex Activity

Summary:  Objective: We performed spike triggered functional MRI (fMRI) in a 12 year old girl with Benign Epilepsy with Centro-temporal Spikes (BECTS) and left-sided spikes. Our aim was to demonstrate the cerebral origin of her interictal spikes. Methods: EEG was recorded within the 3 Tesla MRI. Whole brain fMRI images were acquired, beginning 2–3 seconds after spikes. Baseline fMRI images were acquired when there were no spikes for 20 seconds. Image sets were compared with the Student's t-test. Results: Ten spike and 20 baseline brain volumes were analysed. Focal activiation was seen in the inferior left sensorimotor cortex near the face area. The anterior cingulate was more active during baseline than spikes. Conclusions: Left sided epileptiform activity in this patient with BECTS is associated with fMRI activation in the left face region of the somatosensory cortex, which would be consistent with the facial sensorimotor involvement in BECT seizures. The presence of BOLD signal change in other regions raises the possibility that the scalp recorded field of this patient with BECTs may reflect electrical change in more than one brain region.

Changes in fos expression in the rat brain after unilateral lesions of the anterior thalamic nuclei

Activity of the immediate early gene c-fos was compared across hemispheres in rats with unilateral anterior thalamic lesions. Fos protein was quantified after rats performed a spatial working memory test in the radial-arm maze, a task that is sensitive to bilateral lesions of the anterior thalamic nuclei. Unilateral anterior thalamic lesions produced evidence of a widespread hippocampal hypoactivity, as there were significant reductions in Fos counts in a range of regions within the ipsilateral hippocampal formation (rostral CA1, rostral dentate gyrus, 'dorsal' hippocampus, presubiculum and postsubiculum). A decrease in Fos levels was also found in the rostral and caudal retrosplenial cortex but not in the parahippocampal cortices or anterior cingulate cortices. The Fos changes seem most closely linked to sites that are also required for successful task performance, supporting the notion that the anterior thalamus, retrosplenial cortex and hippocampus form key components of an interdependent neuronal network involved in spatial mnemonic processing.

Prefrontal cortex and episodic memory retrieval mode

A multistudy analysis of positron emission tomography data identified three right prefrontal and two left prefrontal cortical sites, as well as a region in the anterior cingulate gyrus, where neuronal activity is correlated with the maintenance of episodic memory retrieval mode (REMO), a basic and necessary condition of remembering past experiences. The right prefrontal sites were near the frontal pole [Brodmann's area (BA) 10], frontal operculum (BA 47/45), and lateral dorsal area (BA 8/9). The two left prefrontal sites were homotopical with the right frontal pole and opercular sites. The same kinds of REMO sites were not observed in any other cerebral region. Many previous functional neuroimaging studies of episodic memory retrieval have reported activations near the frontal REMO sites identified here, although their function has not been clear. Many of these, too, probably have signaled their involvement in REMO. We propose that REMO activations largely if not entirely account for the frontal hemispheric asymmetry of retrieval as described by the original hemispheric encoding retrieval asymmetry model.

The lateral and ventromedial prefrontal cortex work as a dynamic integrated system:evidence from FMRI connectivity analysis

Recent functional magnetic resonance imaging (fMRI) investigations of the interaction between cognition and reward processing have found that the lateral prefrontal cortex (PFC) areas are preferentially activated to both increasing cognitive demand and reward level. Conversely, ventromedial PFC (VMPFC) areas show decreased activation to the same conditions, indicating a possible reciprocal relationship between cognitive and emotional processing regions. We report an fMRI study of a rewarded working memory task, in which we further explore how the relationship between reward and cognitive processing is mediated. We not only assess the integrity of reciprocal neural connections between the lateral PFC and VMPFC brain regions in different experimental contexts but also test whether additional cortical and subcortical regions influence this relationship. Psychophysiological interaction analyses were used as a measure of functional connectivity in order to characterize the influence of both cognitive and motivational variables on connectivity between the lateral PFC and the VMPFC. Psychophysiological interactions revealed negative functional connectivity between the lateral PFC and the VMPFC in the context of high memory load, and high memory load in tandem with a highly motivating context, but not in the context of reward alone. Physiophysiological interactions further indicated that the dorsal anterior cingulate and the caudate nucleus modulate this pathway. These findings provide evidence for a dynamic interplay between lateral PFC and VMPFC regions and are consistent with an emotional gating role for the VMPFC during cognitively demanding tasks. Our findings also support neuropsychological theories of mood disorders, which have long emphasized a dysfunctional relationship between emotion/motivational and cognitive processes in depression.

Mismatch negativity in recent-onset and chronic schizophrenia : a current source density analysis

Mismatch negativity (MMN) is a component of the event-related potential elicited by deviant auditory stimuli. It is presumed to index pre-attentive monitoring of changes in the auditory environment. MMN amplitude is smaller in groups of individuals with schizophrenia compared to healthy controls. We compared duration-deviant MMN in 16 recent-onset and 19 chronic schizophrenia patients versus age- and sex-matched controls. Reduced frontal MMN was found in both patient groups, involved reduced hemispheric asymmetry, and was correlated with Global Assessment of Functioning (GAF) and negative symptom ratings. A cortically-constrained LORETA analysis, incorporating anatomical data from each individual's MRI, was performed to generate a current source density model of the MMN response over time. This model suggested MMN generation within a temporal, parietal and frontal network, which was right hemisphere dominant only in controls. An exploratory analysis revealed reduced CSD in patients in superior and middle temporal cortex, inferior and superior parietal cortex, precuneus, anterior cingulate, and superior and middle frontal cortex. A region of interest (ROI) analysis was performed. For the early phase of the MMN, patients had reduced bilateral temporal and parietal response and no lateralisation in frontal ROIs. For late MMN, patients had reduced bilateral parietal response and no lateralisation in temporal ROIs. In patients, correlations revealed a link between GAF and the MMN response in parietal cortex. In controls, the frontal response onset was 17 ms later than the temporal and parietal response. In patients, onset latency of the MMN response was delayed in secondary, but not primary, auditory cortex. However amplitude reductions were observed in both primary and secondary auditory cortex. These latency delays may indicate relatively intact information processing upstream of the primary auditory cortex, but impaired primary auditory cortex or cortico-cortical or thalamo-cortical communication with higher auditory cortices as a core deficit in schizophrenia.

Primary and secondary neural networks of auditory prepulse inhibition: a functional magnetic resonance imaging study of sensorimotor gating of the human acoustic startle response

Feedforward inhibition deficits have been consistently demonstrated in a range of neuropsychiatric conditions using prepulse inhibition (PPI) of the acoustic startle eye-blink reflex when assessing sensorimotor gating. While PPI can be recorded in acutely decerebrated rats, behavioural, pharmacological and psychophysiological studies suggest the involvement of a complex neural network extending from brainstem nuclei to higher order cortical areas. The current functional magnetic resonance imaging study investigated the neural network underlying PPI and its association with electromyographically (EMG) recorded PPI of the acoustic startle eye-blink reflex in 16 healthy volunteers. A sparse imaging design was employed to model signal changes in blood oxygenation level-dependent (BOLD) responses to acoustic startle probes that were preceded by a prepulse at 120 ms or 480 ms stimulus onset asynchrony or without prepulse. Sensorimotor gating was EMG confirmed for the 120-ms prepulse condition, while startle responses in the 480-ms prepulse condition did not differ from startle alone. Multiple regression analysis of BOLD contrasts identified activation in pons, thalamus, caudate nuclei, left angular gyrus and bilaterally in anterior cingulate, associated with EMGrecorded sensorimotor gating. Planned contrasts confirmed increased pons activation for startle alone vs 120-ms prepulse condition, while increased anterior superior frontal gyrus activation was confirmed for the reverse contrast. Our findings are consistent with a primary pontine circuitry of sensorimotor gating that interconnects with inferior parietal, superior temporal, frontal and prefrontal cortices via thalamus and striatum. PPI processes in the prefrontal, frontal and superior temporal cortex were functionally distinct from sensorimotor gating.

Dopaminergic neuromodulation of semantic processing: A 4-T fMRI study with levodopa

There is emerging evidence that alterations in dopaminergic transmission can influence semantic processing, yet the neural mechanisms involved are unknown. The influence of levodopa (L-DOPA) on semantic priming was investigated in healthy individuals (n=20) using event-related functional magnetic resonance imaging with a randomized, double-blind crossover design. Critical prime-target pairs consisted of a lexical ambiguity prime and 1) a target related to the dominant meaning of the prime (e.g., bank-money), 2) a target related to the subordinate meaning (e.g., fence-sword), or 3) an unrelated target (e.g., ball-desk). Behavioral data showed that both dominant and subordinate meanings were primed on placebo. In contrast, there was preserved priming of dominant meanings and no significant priming of subordinate meanings on L-DOPA, the latter associated with decreased anterior cingulate and dorsal prefrontal cortex activity. Dominant meaning activation on L-DOPA was associated with increased activity in the left rolandic operculum and left middle temporal gyrus. These findings suggest that L-DOPA enhances frequency-based semantic focus via prefrontal and temporal modulation of automatic semantic priming and through engagement of anterior cingulate mechanisms supporting attentional/controlled priming.