How Transcranial Direct Current Stimulation Can Modulate Implicit Motor Sequence Learning and Consolidation: A Brief Review

The purpose of this review is to investigate how transcranial direct current stimulation(tDCS)can modulate implicit motor sequence learning and consolidation. So far, most of the studies have focused on the modulating effect of tDCS for explicit motor learning. Here, we focus explicitly on implicit motor sequence learning and consolidation in order to improve our understanding about the potential of tDCS to affect this kind of unconscious learning. Specifically, we concentrate on studies with the serial reaction time task (SRTT), the classical paradigm for measuring implicit motor sequence learning. The influence of tDCS has been investigated for the primary motor cortex, the premotor cortex, the prefrontal cortex, and the cerebellum. The results indicate that tDCS above the primary motor cortex gives raise to the most consistent modulating effects for both implicit motor sequence learning and consolidation.

Stimulation of new bone formation by direct transfer of osteogenic plasmid genes.

Degradable matrices containing expression plasmid DNA [gene-activated matrices (GAMs)] were implanted into segmental gaps created in the adult rat femur. Implantation of GAMs containing beta-galactosidase or luciferase plasmids led to DNA uptake and functional enzyme expression by repair cells (granulation tissue) growing into the gap. Implantation of a GAM containing either a bone morphogenetic protein-4 plasmid or a plasmid coding for a fragment of parathyroid hormone (amino acids 1-34) resulted in a biological response of new bone filling the gap. Finally, implantation of a two-plasmid GAM encoding bone morphogenetic protein-4 and the parathyroid hormone fragment, which act synergistically in vitro, caused new bone to form faster than with either factor alone. These studies demonstrate for the first time that repair cells (fibroblasts) in bone can be genetically manipulated in vivo. While serving as a useful tool to study the biology of repair fibroblasts and the wound healing response, the GAM technology may also have wide therapeutic utility.

Receptor stimulation causes slow inhibition of IRK1 inwardly rectifying K+ channels by direct protein kinase A-mediated phosphorylation.

Strongly rectifying IRK-type inwardly rectifying K+ channels are involved in the control of neuronal excitability in the mammalian brain. Whole-cell patch-clamp experiments show that cloned rat IRK1 (Kir 2.1) channels, when heterologously expressed in mammalian COS-7 cells, are inhibited following the activation of coexpressed serotonin (5-hydroxytryptamine) type 1A receptors by receptor agonists. Inhibition is mimicked by internal perfusion with GTP[gamma-S] and elevation of internal cAMP concentrations. Addition of the catalytic subunits of protein kinase A (PKA) to the internal recording solution causes complete inhibition of wild-type IRK1 channels, but not of mutant IRK1(S425N) channels in which a C-terminal PKA phosphorylation site has been removed. Our data suggest that in the nervous system serotonin may negatively control IRK1 channel activity by direct PKA-mediated phosphorylation.

Effets de la stimulation magnétique transcrânienne dans la maladie de Parkinson avec déficits cognitifs légers

Beaucoup de patients atteints de la maladie de Parkinson (MP) peuvent souffrir de troubles cognitifs dès les étapes initiales de la maladie et jusqu’à 80% d’entre eux vont développer une démence. Des altérations fonctionnelles au niveau du cortex préfrontal dorsolatéral (CPFDL), possiblement en relation avec le noyau caudé, seraient à l’origine de certains de ces déficits cognitifs. Des résultats antérieurs de notre groupe ont montré une augmentation de l’activité et de la connectivité dans la boucle cortico-striatale cognitive suite à la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) utilisant des paramètres « theta burst » intermittent (iTBS) sur le CPFDL gauche. Pour cette étude, 24 patients atteints de la MP avec des troubles cognitifs ont été séparées en 2 groupes : le groupe iTBS active (N=15) et le groupe sham (stimulation simulée, N=9). Une batterie neuropsychologique détaillée évaluant cinq domaines cognitifs (attention, fonctions exécutives, langage, mémoire et habiletés visuo-spatiales) a été administrée lors des jours 1, 8, 17 et 37. Le protocole iTBS a été appliqué sur le CPFDL gauche durant les jours 2, 4 et 7. Les scores z ont été calculés pour chaque domaine cognitif et pour la cognition globale. Les résultats ont montré une augmentation significative de la cognition globale jusqu’à 10 jours suivant l’iTBS active, particulièrement au niveau de l’attention, des fonctions exécutives et des habiletés visuo-spatiales. Cet effet sur la cognition globale n’est pas répliqué dans le groupe sham. Ces résultats suggèrent donc que l’iTBS peut moduler la performance cognitive chez les patients atteints de MP avec des déficits cognitifs.

Stimulation de la survie et de la régénération des cellules ganglionnaires de la rétine par inactivation de la GTPase Rho après lésion du nerf optique du rat adulte

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Stimulation de la survie et de la régénération des cellules ganglionnaires de la rétine par inactivation de la GTPase Rho après lésion du nerf optique du rat adulte

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Comprendre l’interaction entre la douleur et le système moteur : une étude novatrice combinant la stimulation magnétique transcrânienne et l’électroencéphalographie

Résumé : L’interaction entre la douleur et le système moteur est bien connue en clinique et en réadaptation. Il est sans surprise que la douleur est un phénomène considérablement invalidant, affectant la qualité de vie de ceux et celles qui en souffrent. Toutefois, les bases neurophysiologiques qui sous-tendent cette interaction demeurent, encore aujourd’hui, mal comprises. Le but de la présente étude était de mieux comprendre les mécanismes corticaux impliqués dans l’interaction entre la douleur et le système moteur. Pour ce faire, une douleur expérimentale a été induite à l’aide d’une crème à base de capsaïcine au niveau de l’avant-bras gauche des participants. L'effet de la douleur sur la force des projections corticospinales ainsi que sur l’activité cérébrale a été mesuré à l’aide de la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) et de l’électroencéphalographie (EEG), respectivement. L’analyse des données EEG a permis de révéler qu'en présence de douleur aiguë, il y a une augmentation de l’activité cérébrale au niveau du cuneus central (fréquence têta), du cortex dorsolatéral préfrontal gauche (fréquence alpha) ainsi que du cuneus gauche et de l'insula droite (toutes deux fréquence bêta), lorsque comparée à la condition initiale (sans douleur). Également, les analyses démontrent une augmentation de l'activité du cortex moteur primaire droit en présence de douleur, mais seulement chez les participants qui présentaient simultanément une diminution de leur force de projections corticales (mesurée avec la TMS t=4,45, p<0,05). Ces participants ont également montré une plus grande connectivité entre M1 et le cuneus que les participants dont la douleur n’a pas affecté la force des projections corticospinales (t=3,58, p<0,05). Ces résultats suggèrent qu’une douleur expérimentale induit, chez certains individus, une altération au niveau des forces de projections corticomotrices. Les connexions entre M1 et le cuneus seraient possiblement impliquées dans la survenue de ces changements corticomoteurs.

La stimulation de la cétogenèse par la prise de différents suppléments alimentaires : carnitine, leucine, butyrate et monoglycéride d’octanoate

Introduction : Un hypométabolisme du glucose au cerveau peut apparaître des décennies avant le diagnostic de maladie d’Alzheimer. Pourtant, le métabolisme des cétones, le carburant alternatif principal au glucose, n’est pas altéré, autant chez les personnes plus âgées que chez les personnes atteintes de la maladie d’Alzheimer. Les méthodes connues (diète cétogène, jeûne, huile de triglycérides de moyennes chaînes) pour augmenter la production de cétones comportent leurs inconvénients. L’objectif de ces projets était de vérifier l’efficacité de produits commerciaux vendus à cet effet et d’évaluer d’autres molécules qui pourraient être utilisées pour leur propriété cétogène. Ce sont des suppléments alimentaires pouvant servir de substrat pour la cétogenèse (butyrate, monoglycéride d’octanoate (O-MAG), leucine) ou de facilitateur du transport des acides gras (carnitine). Méthodes : Pour ce faire, les participants devaient se présenter au laboratoire pour plusieurs demi-journées d’étude d’une durée de 4 heures. Lors de ces journées, un des suppléments leur était servi avec un déjeuner et des prises de sang étaient effectuées toutes les 30 minutes. Résultats : Le produit commercial contenant des MCT, le butyrate, l’O-MAG et la leucine ont permis d’augmenter respectivement les concentrations maximales en cétones plasmatiques de 568, 226, 67 et 70 µmol/L (p≤0,05) par rapport au contrôle. De plus, la concentration plasmatique en octanoate était corrélée significativement avec la concentration sanguine d’acétoacétate (r=0,85 ; p <0,0001) et de β-hydroxybutyrate (r=0,58 ; p=0,01). L’aire sous la courbe par gramme de produit ingéré montre que le butyrate était le supplément cétogène le plus efficace et était plus cétogène que le produit commercial, l’O-MAG et la leucine (p=0,009). Discussion : Le butyrate était 3 fois plus cétogène que tous les autres suppléments testés. Par contre, son ingestion a causé quelques effets secondaires à certains participants. La leucine a été le seul supplément à ne créer aucun inconfort chez les participants. Il faudrait donc étudier la possibilité de combiner plusieurs molécules dans un supplément chimiquement pensé pour être le plus efficace possible et pour être intéressant lors d’une utilisation quotidienne.

The contribution of classical (beta(1/2)-) and atypical beta-adrenoceptors to the stimulation of human white adipocyte lipolysis and right atrial appendage contraction by novel beta(3)-adrenoceptor agonists of differing selectivities

The role of beta(3)- and other putative atypical beta-adrenaceptors in human white adipocytes and right atrial appendage has been investigated using CGP 12177 and novel phenylethanolamine and aryloxypropanolamine beta(3)-adrenoceptor (beta(3)AR) agonists with varying intrinsic activities and selectivities for human cloned PAR subtypes. The ability to demonstrate beta(1/2)AR antagonist-insensitive (beta(3) or other atypical beta AR-mediated) responses to CGP 12177 was critically dependent on the albumin batch used to prepare and incubate the adipocytes. Four aryloxypropanolamine selective beta(3)AR agonists (SB-226552, SB-229432, SB-236923, SB-246982) consistently elicited beta(1/2)AR antagonist-insensitive lipolysis. However, a phenylethanolamine (SB-220646) that was a selective full beta(3)AR agonist elicited full lipolytic and inotropic responses that were sensitive to beta(1/2)AR antagonism, despite it having very low efficacies at cloned beta(1)- and beta(2)ARs. A component of the response to another phenylethanolamine selective beta(3)AR agonist (SB-215691) was insensitive to beta(1/2)AR antagonism in some experiments. Because novel aryloxypropanolamine had a beta(1/2)AR antagonist-insensitive inotropic effect, these results establish more firmly that beta(3)ARs mediate lipolysis in human white adipocytes, and suggest that putative 'beta(4)ARs' mediate inotropic responses to CGP 12177. The results also illustrate the difficulty of predicting from studies on cloned beta ARs which beta ARs will mediate responses to agonists in tissues that have a high number of beta(1)- and beta(2)ARs or a low number of beta(3)ARs.

Physiological Responses to Brain Stimulation During Limbic Surgery: Further Evidence of Anterior Cingulate Modulation of Autonomic Arousal

Background: In view of conflicting neuroimaging results regarding autonomic-specific activity within the anterior cingulate cortex (ACC), we investigated autonomic responses to direct brain stimulation during sterecitactic limbic surgery. Methods: Skin conductance activity and accelerative heart rate responses to multi-voltage stimulation of the ACC (n = 7) and paralimbic subcauclate (n = 5) regions were recorded during bilateral anterior cingulotomy and bilateral subcauclate tractotomy (in patients that had previously received an adequate lesion in the ACC), respectively. Results: Stimulations in both groups were accompanied by increased autonomic arousal. Skin conductance activity was significantly increased during ACC stimulations compared with paralimbic targets at 2 V (2.34 +/- .68 [score in microSiemens +/- SE] vs. .34 +/- .09, p = .013) and 3 V (3.52 +/- .86 vs. 1.12 +/- .37, p = .036), exhibiting a strong ""voltage-response"" relationship between stimulus magnitude and response amplitude (difference from 1 to 3 V = 1.15 +/- .90 vs. 3.52 +/- .86, p = .041). Heart rate response was less indicative of between-group differences. Conclusions: This is the first study of its kind aiming at seeking novel insights into the mechanisms responsible for central autonomic modulation. It supports a concept that interregional interactions account for the coordination of autonomic arousal.

Asymmetrical changes in lumbar sympathetic nerve activity following stimulation of the sciatic nerve in rat

Noxious stimulation of the leg increases hind limb blood flow (HBF) to the ipsilateral side and decreases to the contralateral in rat. Whether or not this asymmetrical response is due to direct control by sympathetic terminals or mediated by other factors such as local metabolism and hormones remains unclear. The aim of this study was to compare responses in lumbar sympathetic nerve activity, evoked by stimulation of the ipsilateral and contralateral sciatic nerve (SN). We also sought to determine the supraspinal mechanisms involved in the observed responses. In anesthetized and paralyzed rats, intermittent electrical stimulation (1 mA, 0.5 Hz) of the contralateral SN evoked a biphasic sympathoexcitation. Following ipsilateral SN stimulation, the response is preceded by an inhibitory potential with a latency of 50 ms (N=26). Both excitatory and inhibitory potentials are abolished following cervical Cl spinal transection (N=6) or bilateral microinjections of muscimol (N=6) in the rostral ventrolateral medulla (RVLM). This evidence is suggestive that both sympathetic potentials are supraspinally mediated in this nucleus. Blockade of RVLM glutamate receptors by microinjection of kynurenic acid (N=4) selectively abolished the excitatory potential elicited by ipsilateral SN stimulation. This study supports the physiological model that activation of hind limb nociceptors evokes a generalized sympathoexcitation, with the exception of the ipsilateral side where there is a withdrawal of sympathetic tone resulting in an increase in HBF. Crown Copyright (C) 2011 Published by Elsevier B.V. All rights reserved.