Communication between the cerebral hemispheres in dyslexic and skilled adult readers. 'Comunicación entre los hemisferios cerebrales en lectores adultos disléxicos y experimentados'.

Resumen en español

Lateralização cerebral de funções e sua implicação para a cognição humana: do paradigma do duplo sistema funcional de processamento a um enfoque de sistema complexo

Este trabalho examina a lateralização cerebral de funções e sua implicação para a cognição humana ao nível da intersecção entre a neuropsicologia clinica e a psicologia cognitiva de base informacional. A primeira parte do trabalho e dedicada a descrição e análise critica da conformação contemporânea desta área de investigação neuropsicológica, com a ênfase posta na metateoria e teorias predominantes, a par do sistema conceitual utilizado nas atividades de pesquisa desenvolvidas na área. Inicialmente, a abordagem neuropsicológica do problema da lateralização cerebral examinada no que concerne às suas articulações com os métodos e técnicas que se mostraram mais importantes para a configuração atual desta área de investigação, sob um enfoque histórico. Em continuidade, a análise dirigida às questões mais fundamentais nas quais se tem desdobrado o problema da assimetria funcional inter-hemisférica, representadas pelas especializações funcionais dos hemisférios cerebrais, pela atividade conjunta dos hemisférios e pelas relações entre diferenças individuais na lateralização cerebral e desempenho cognitivo. Neste contexto são sublinhadas as dificuldades e inconsistências relacionadas à restritividade do enfoque prevalente, avaliado como expressão de uma concepção neuropsicológica excessivamente simplificadora do problema compreendido pelas relações entre o cérebro e a cognição humanos. O trabalho apresenta, em sua segunda parte, uma tentativa de desenvolvimento de um enfoque sistêmico, na direção da complexidade, para o problema da lateralização cerebral de funções. Trata-se de um desenvolvimento que parte de uma descentração da dimensão lateral do sistema nervoso e resulta em uma subsunção deste problema à uma perspectiva mais global concernente à organização cerebral de funções e aos fundamentos para a construção teórica na neuropsicologia. Segue-se um exame das implicações deste enfoque para a questão das relações entre variações inter-individuais na lateralização cerebral de funções e habilidades cognitivas que se direciona para uma minimização do significado que tem sido atribuído a lateralizarão para o funcionamento cerebral e a cognição humanos. O trabalho apresenta, finalmente, um estudo empírico referente às relações entre variações inter-individuais normais de lateralizarão cerebral ,preferência manipulatória e sua história familiar e desempenho cognitivo, onde são comparados os desempenhos de destros com história familiar de sinistralidade negativa e de canhotos com esta história positiva no Teste WAIS. Os resultados obtidos mostram uma inequívoca semelhança nos desempenhos dos dois grupos em todas as escalas do WAIS. Estes resultados são discutidos principalmente no que tange à existência ou não de correspondências diretas entre variações normais nas representações das funções ao longo da dimensão lateral do sistema nervoso, preferência manipulatória e habilidades cognitivas. A conclusão final conforma-se como um sumário integrativo dos principais aspectos das conclusões atingidas no curso do trabalho.

Binocular rivalry and visuospatial ability in individuals with schizophrenia

Visual abnormalities, both at the sensory input and the higher interpretive levels, have been associated with many of the symptoms of schizophrenia. Individuals with schizophrenia typically experience distortions of sensory perception, resulting in perceptual hallucinations and delusions that are related to the observed visual deficits. Disorganised speech, thinking and behaviour are commonly experienced by sufferers of the disorder, and have also been attributed to perceptual disturbances associated with anomalies in visual processing. Compounding these issues are marked deficits in cognitive functioning that are observed in approximately 80% of those with schizophrenia. Cognitive impairments associated with schizophrenia include: difficulty with concentration and memory (i.e. working, visual and verbal), an impaired ability to process complex information, response inhibition and deficits in speed of processing, visual and verbal learning. Deficits in sustained attention or vigilance, poor executive functioning such as poor reasoning, problem solving, and social cognition, are all influenced by impaired visual processing. These symptoms impact on the internal perceptual world of those with schizophrenia, and hamper their ability to navigate their external environment. Visual processing abnormalities in schizophrenia are likely to worsen personal, social and occupational functioning. Binocular rivalry provides a unique opportunity to investigate the processes involved in visual awareness and visual perception. Binocular rivalry is the alternation of perceptual images that occurs when conflicting visual stimuli are presented to each eye in the same retinal location. The observer perceives the opposing images in an alternating fashion, despite the sensory input to each eye remaining constant. Binocular rivalry tasks have been developed to investigate specific parts of the visual system. The research presented in this Thesis provides an explorative investigation into binocular rivalry in schizophrenia, using the method of Pettigrew and Miller (1998) and comparing individuals with schizophrenia to healthy controls. This method allows manipulations to the spatial and temporal frequency, luminance contrast and chromaticity of the visual stimuli. Manipulations to the rival stimuli affect the rate of binocular rivalry alternations and the time spent perceiving each image (dominance duration). Binocular rivalry rate and dominance durations provide useful measures to investigate aspects of visual neural processing that lead to the perceptual disturbances and cognitive dysfunction attributed to schizophrenia. However, despite this promise the binocular rivalry phenomenon has not been extensively explored in schizophrenia to date. Following a review of the literature, the research in this Thesis examined individual variation in binocular rivalry. The initial study (Chapter 2) explored the effect of systematically altering the properties of the stimuli (i.e. spatial and temporal frequency, luminance contrast and chromaticity) on binocular rivalry rate and dominance durations in healthy individuals (n=20). The findings showed that altering the stimuli with respect to temporal frequency and luminance contrast significantly affected rate. This is significant as processing of temporal frequency and luminance contrast have consistently been demonstrated to be abnormal in schizophrenia. The current research then explored binocular rivalry in schizophrenia. The primary research question was, "Are binocular rivalry rates and dominance durations recorded in participants with schizophrenia different to those of the controls?" In this second study binocular rivalry data that were collected using low- and highstrength binocular rivalry were compared to alternations recorded during a monocular rivalry task, the Necker Cube task to replicate and advance the work of Miller et al., (2003). Participants with schizophrenia (n=20) recorded fewer alternations (i.e. slower alternation rates) than control participants (n=20) on both binocular rivalry tasks, however no difference was observed between the groups on the Necker cube task. Magnocellular and parvocellular visual pathways, thought to be abnormal in schizophrenia, were also investigated in binocular rivalry. The binocular rivalry stimuli used in this third study (Chapter 4) were altered to bias the task for one of these two pathways. Participants with schizophrenia recorded slower binocular rivalry rates than controls in both binocular rivalry tasks. Using a ‘within subject design’, binocular rivalry data were compared to data collected from a backwardmasking task widely accepted to bias both these pathways. Based on these data, a model of binocular rivalry, based on the magnocellular and parvocellular pathways that contribute to the dorsal and ventral visual streams, was developed. Binocular rivalry rates were compared with performance on the Benton’s Judgment of Line Orientation task, in individuals with schizophrenia compared to healthy controls (Chapter 5). The Benton’s Judgment of Line Orientation task is widely accepted to be processed within the right cerebral hemisphere, making it an appropriate task to investigate the role of the cerebral hemispheres in binocular rivalry, and to investigate the inter-hemispheric switching hypothesis of binocular rivalry proposed by Pettigrew and Miller (1998, 2003). The data were suggestive of intra-hemispheric rather than an inter-hemispheric visual processing in binocular rivalry. Neurotransmitter involvement in binocular rivalry, backward masking and Judgment of Line Orientation in schizophrenia were investigated using a genetic indicator of dopamine receptor distribution and functioning; the presence of the Taq1 allele of the dopamine D2 receptor (DRD2) receptor gene. This final study (Chapter 6) explored whether the presence of the Taq1 allele of the DRD2 receptor gene, and thus, by inference the distribution of dopamine receptors and dopamine function, accounted for the large individual variation in binocular rivalry. The presence of the Taq1 allele was associated with slower binocular rivalry rates or poorer performance in the backward masking and Judgment of Line Orientation tasks seen in the group with schizophrenia. This Thesis has contributed to what is known about binocular rivalry in schizophrenia. Consistently slower binocular rivalry rates were observed in participants with schizophrenia, indicating abnormally-slow visual processing in this group. These data support previous studies reporting visual processing abnormalities in schizophrenia and suggest that a slow binocular rivalry rate is not a feature specific to bipolar disorder, but may be a feature of disorders with psychotic features generally. The contributions of the magnocellular or dorsal pathways and parvocellular or ventral pathways to binocular rivalry, and therefore to perceptual awareness, were investigated. The data presented supported the view that the magnocellular system initiates perceptual awareness of an image and the parvocellular system maintains the perception of the image, making it available to higher level processing occurring within the cortical hemispheres. Abnormal magnocellular and parvocellular processing may both contribute to perceptual disturbances that ultimately contribute to the cognitive dysfunction associated with schizophrenia. An alternative model of binocular rivalry based on these observations was proposed.

Evolution of brain size in the palaeognath lineage, with an emphasis on New Zealand ratites

Brain size in vertebrates varies principally with body size. Although many studies have examined the variation of brain size in birds, there is little information on Palaeognaths, which include the ratite lineage of kiwi, emu, ostrich and extinct moa, as well as the tinamous. Therefore, we set out to determine to what extent the evolution of brain size in Palaeognaths parallels that of other birds, i. e., Neognaths, by analyzing the variation in the relative sizes of the brain and cerebral hemispheres of several species of ratites and tinamous. Our results indicate that the Palaeognaths possess relatively smaller brains and cerebral hemispheres than the Neognaths, with the exception of the kiwi radiation (Apteryx spp.). The external morphology and relatively large size of the brain of Apteryx, as well as the relatively large size of its telencephalon, contrast with other Palaeognaths, including two species of historically sympatric moa, suggesting that unique selective pressures towards increasing brain size accompanied the evolution of kiwi. Indeed, the size of the cerebral hemispheres with respect to total brain size of kiwi is rivaled only by a handful of parrots and songbirds, despite a lack of evidence of any advanced behavioral/ cognitive abilities such as those reported for parrots and crows. In addition, the enlargement in brain and telencephalon size of the kiwi occurs despite the fact that this is a precocial bird. These findings form an exception to, and hence challenge, the current rules that govern changes in relative brain size in birds. Copyright (c) 2007 S. Karger AG, Basel.

Motor response suppression and the prepotent tendency to respond: A parametric fMRI study

In the present study we utilised functional magnetic resonance imaging (fMRI) to examine cerebral activation during performance of a classic motor task in which response suppression load was parametrically varied. Linear increases in activity were observed in a distributed network of regions across both cerebral hemispheres, although with more extensive involvement of the right prefrontal cortex. Activated regions included prefrontal, parietal and occipitotemporal cortices. Decreasing activation was similarly observed in a distributed network of regions. These response forms are discussed in terms of an increasing requirement for visual cue discrimination and suppression/selection of motor responses, and a decreasing probability of the occurrence of non-target stimuli and attenuation of a prepotent tendency to respond. The results support recent proposals for a dominant role for the right-hemisphere in performance of motor response suppression tasks that emphasise the importance of the right prefrontal cortex.

A modulação da via do AMPc/PKA altera a morfologia da oligodendroglia e a distribuição das proteínas CNPase e MAG in vitro

A diferenciação da oligodendroglia depende de alterações coordenadas no citoesqueleto e na sua relação com a membrana plasmática, um componente importante para a formação da bainha de mielina. A 23 nucleotídeo cíclico 3 fosfodiesterase (CNPase) está relacionada com a organização do citoesqueleto, sendo uma proteína ancoradoura de microtúbulos na membrana plasmática. In vitro, a CNPase compõe, com a F-actina e os microtúbulos, as estruturas semelhantes a nervuras ou os componentes radiais. A glicoproteína associada a mielina (MAG), também é importante para a formação dos véus de membrana e está associada a CNPase e a tubulina. Além disso, as três proteínas podem ser reguladas pela via de sinalização do AMPc/PKA. Buscando avaliar os efeitos da via do AMPc/PKA na regulação da diferenciação oligodendroglial, culturas de hemisférios cerebrais com 5 dias foram tratadas por 30 min ou 24 h com o inibidor (SQ22356-SQ [1 M]) ou com o ativador (forscolina [10M]) da adenilato ciclase ou com o inibidor da PKA, H-89 [1 M]. A oligodendroglia foi identificada pelo anticorpo anti-CNPase e por sua morfologia. Com 30 min de tratamento com forscolina, as células das culturas tratadas apresentaram prolongamentos maiores e menos véus de membrana quando comparadas às culturas controle. O tratamento com SQ também causou um aumento no tamanho dos prolongamentos e o tratamento com H-89 causou a redução no tamanho dos prolongamentos e nos véus de membrana. Com 24 h, as células tratadas com forscolina apresentaram poucos prolongamentos, já as culturas tratadas com SQ apresentaram um aumento no tamanho do prolongamento e as tratadas com H-89 demonstraram redução no véu de membrana. Observamos também alterações na distribuição da CNPase, tubulina e MAG, a primeira apresentou uma concentração próxima ao núcleo depois dos dois tempos de tratamento com H-89, o mesmo ocorreu com a tubulina. A CNPase adquiriu ainda um padrão puntiforme depois de 24 h de tratamento com ambos os inibidores. A MAG apresentou um aumento na concentração próximo ao núcleo depois de 30 min de tratamento com forscolina e SQ. O tratamento com SQ também reduziu a distribuição da MAG nos véus de membrana. A mesma redução foi observada depois de 24 h de tratamento com H-89. Esses resultados reforçam a participação da via do AMPc/PKA no desenvolvimento da oligodendroglia, incluindo a formação dos prolongamentos, suas ramificações e ainda a formação dos véus de membrana, com prováveis consequências na formação e manutenção da bainha de mielina.

Distribuição da caspase-3 clivada no cerebelo de ratos durante o desenvolvimento em um modelo de hipóxia-isquemia sistêmica pré-natal

A Hipóxia-isquemia (HI) perinatal é um problema de saúde pública, e ocorrem aproximadamente 1,5 casos de encefalopatias por HI por 1000 nascidos vivos. Dos que sobrevivem 25-60% sofrem de deficiências permanentes do desenvolvimento neurológico, incluindo paralisia cerebral, convulsões, retardo mental, e dificuldade de aprender. Neurônios e oligodendrócitos, especialmente os progenitores, são os mais afetados pela HI. Existem vários modelos de HI, no entanto, poucos levam em consideração as intercorrências maternas, a importância da atividade placentária, e as trocas entre mãe-filho, que são clinicamente observadas em humanos. Robinson estabeleceu um modelo de HI sistêmica pré-natal transitório, onde o fluxo das artérias uterinas da rata grávida era obstruído por 45 minutos no décimo oitavo dia (E18) de gestação. Neste modelo foram observadas alterações que são similares às observadas em cérebros humanos que passaram por hipóxia perinatal, dentre as quais foram relatados aumento no nível de apoptose. Caspase-3 é descrita como uma enzima que atua na apoptose, e é amplamente utilizada como marcador para células apoptóticas. Vários autores vêm mostrando, entretanto, que a enzima caspase-3 pode estar ativada para fins não apoptóticos. No modelo de HI sistêmica pré-natal, foram observados astrogliose na substância branca, morte de oligodendrócitos, lesão em axônios tanto na substância branca como no córtex cerebral, e danos motores. Pouco se sabe da influencia do insulto HI no desenvolvimento do cerebelo, considerando que o cerebelo junto com o córtex motor, contribui para o controle motor. O objetivo desse trabalho foi avaliar a distribuição da caspase-3 clivada durante o desenvolvimento do cerebelo em um modelo de HI pré-natal. Os resultados deste trabalho demonstram que as células caspase-3 clivadas apresentaram duas morfologias distintas em ambos os grupos. Uma onde a caspase-3 foi observada apenas no núcleo, oscilando entre células com imunorreatividade fraca a intensa, e de células com a presença da caspase-3 no corpo celular, nos prolongamentos condensados e presença de fragmentos ao redor do soma, morfologia típica de célula em apoptose. A HI pré-natal, assim como nos hemisférios cerebrais, levou ao aumento de células caspase-3 clivadas com morfologia de progenitores de oligodendrócitos no cerebelo do grupo HI em P2, mas não em P9 e P23. Também foi demonstrado que a HI pré-natal não levou a uma ativação da apoptose em oligodendrócitos, neurônios e microglia (identificados por seus respectivos marcadores, CNPase, NeuN e ED1) apresentando marcação no núcleos de células GFAP+, na substância branca, camada granular e nas células da glia de Bergmann, em P9 e P23 no cerebelo. Podemos concluir que a HI pré-natal aumentou o número de células imunorreativas para a caspase-3 em um período crítico do desenvolvimento da oligodendroglia no cerebelo, e que a diminuição de progenitores de oligodendrócitos no cerebelo decorrente do insulto pré-natal visto em trabalhos anteriores, pode estar relacionada a morte celular por apoptose, embora não se possa descartar a hipótese da participação dessas células que apresentam caspase-3 clivada em outros eventos não apoptóticos desencadeados pela hipóxia-isquemia.

Recombinant canine distemper virus strain Snyder Hill expressing green or red fluorescent proteins causes meningoencephalitis in the ferret

The propensity of canine distemper virus (CDV) to spread to the central nervous system is one of the primary features of distemper. Therefore, we developed a reverse genetics system based on the neurovirulent Snyder Hill (SH) strain of CDV (CDV(SH)) and show that this virus rapidly circumvents the blood-brain and blood-cerebrospinal fluid (CSF) barriers to spread into the subarachnoid space to induce dramatic viral meningoencephalitis. The use of recombinant CDV(SH) (rCDV(SH)) expressing enhanced green fluorescent protein (EGFP) or red fluorescent protein (dTomato) facilitated the sensitive pathological assessment of routes of virus spread in vivo. Infection of ferrets with these viruses led to the full spectrum of clinical signs typically associated with distemper in dogs during a rapid, fatal disease course of approximately 2 weeks. Comparison with the ferret-adapted CDV(5804P) and the prototypic wild-type CDV(R252) showed that hematogenous infection of the choroid plexus is not a significant route of virus spread into the CSF. Instead, viral spread into the subarachnoid space in rCDV(SH)-infected animals was triggered by infection of vascular endothelial cells and the hematogenous spread of virus-infected leukocytes from meningeal blood vessels into the subarachnoid space. This resulted in widespread infection of cells of the pia and arachnoid mater of the leptomeninges over large areas of the cerebral hemispheres. The ability to sensitively assess the in vivo spread of a neurovirulent strain of CDV provides a novel model system to study the mechanisms of virus spread into the CSF and the pathogenesis of acute viral meningitis.

Desempenho Manual do Membro Superior Ipsilesional em Indivíduos com Acidente Vascular Encefálico

Introdução: nos pacientes que sofreram um Acidente Vascular Encefálico são incididos programas de reabilitação que visam principalmente o hemicorpo contralesional, negligenciando o lado ipsilesional. Porém, estão descritas alterações sensitivas e motoras do membro superior ipsilesional neste grupo populacional. Objetivo: avaliar os défices de sensibilidade, destreza grossa e fina e força de preensão da mão ipsilesional em indivíduos com diagnóstico de Acidente Vascular Encefálico, comparando o sexo, o hemisfério cerebral onde se localiza a lesão, a fase aguda e crónica, tendo como referência um grupo controlo. Metodologia: este estudo observacional de carácter analítico transversal foi constituído por 34 indivíduos em que 18 deles tem diagnóstico de Acidente Vascular Encefálico e 16 sem défices neurológicos. A avaliação foi iniciada com um questionário para recolha de informações dos participantes e de seguida foram aplicados instrumentos de avaliação num só momento com o mesmo examinador. Para avaliar a sensibilidade foi usado o Moving Touch-Pressure Test, para a força o Dinamómetro Baseline®, na avaliação da destreza grossa o Teste Caixa e Blocos e por fim a destreza fina com o Purdue Pegboard Test. Estatisticamente recorreu-se ao teste T-student para amostras independentes com nível de significância de 0,05. Resultados: verificou-se que o membro superior ipsilesional dos indivíduos que sofreram um AVE apresenta um défice na força de preensão manual com nível se significância de p=0,001, e de p=0,000 para a destreza fina e grossa e sensibilidade, quando comparados com um grupo controlo. Constatou-se também que no grupo de indivíduos com diagnóstico de Acidente Vascular Encefálico, o sexo masculino obteve melhores resultados em todos os parâmetros avaliados. Observou-se ainda que tanto os homens como as mulheres após sofrerem um Acidente Vascular Encefálico apresentam défices funcionais na mão ipsilesional, mas no entanto os homens apresentam apenas alterações na destreza grossa (p=0,017) e na força (p=0,001). Na comparação dos hemisférios cerebrais lesados e das fases aguda e crónica do AVE verificou-se que não houve diferenças significativas. Conclusão: Existem défices no membro superior ipsilesional após Acidente Vascular Encefálico, sendo então pertinente a sua inclusão em programas de reabilitação, podendo assim melhorar a qualidade de vida dos indivíduos com esta patologia.

Otimização da anisotropia fronto-calosa e ressonância magnética [1,5T] no idoso normal e com risco cérebro-vascular

RESUMO: Os mais recentes métodos de neuro imagem tal como a Ressonância Magnética (RM) permitiram obter imagens detalhadas do cérebro humano in vivo. Essas imagens revelam, muitas vezes, achados imprevistos face ao padrão normal, com elevada propensão para os indivíduos idosos e franca coexistência com fatores de risco vascular, como característica dum processo de envelhecimento normal. Embora na última década tenham surgido várias publicações sobre este assunto, ele continua ainda pouco explicado. Um pouco por todo o mundo têm emergido os programas de prevenção da doença e promoção da saúde desenvolvidos pela Saúde Pública suportadas sobretudo pelo avanço das tecnologias médicas que resultaram, entre outros impactos, num crescimento da população idosa. Estima-se, em 2030, uma composição demográfica com 20% de indivíduos acima dos 65 anos. Neste contexto, a doença microvascular cerebral é a causa mais frequente de comprometimento cognitivo vascular no idoso sendo as características senescentes na imagem por RM do tipo lesões isquémicas da Substância Branca (Leukoaraiosis) e enfartes lacunares (Status lacunar), atrofia cerebral, gliose e acumulação excessiva de ferro nos núcleos da base. Esta tese, considerando a linha de investigação de que deriva – Ciências da Vida - especialização em Medicina Clinica - Biotecnologia, reúne e reflete sobre três vertentes ligadas à RM e interdependentes em relação a uma problemática comum. A primeira trata da caracterização da Tecnologia por Ressonância Magnética existente em Portugal, a qual inclui uma avaliação exploratória da aplicação da técnica de Difusão Anisotrópica nos estudos cerebrais. As dimensões analíticas estudadas foram a Tecnológica, Sociodemográfica e Económica. Na recolha de dados recorreu-se a várias fontes de informação e a uma metodologia exploratória faseada, validada pela triangulação dos resultados. A sua análise obedeceu a critérios de estratificação e agrupamento segundo as mesmas dimensões analíticas. Otimização da anisotropia fronto-calosa e [RM 1,5T] no idoso normal e com risco cérebro-vascular A segunda descreve o estudo anátomo – radiológico que recaiu sobre parâmetros de quantificação assente na temática do cérebro do idoso em cadáver segundo uma metodologia experimental aplicada às métricas da difusão por RM. Na terceira, e última, é apresentado o estudo técnico - radiológico para avaliação e otimização da imagem ponderada em difusão em estudos clínicos associados ao cérebro do idoso “The Usual Brain Aging” ou Envelhecimento Cerebral Normal, com base metodológica assente nos critérios e indicadores estabelecidos pelo Estudo de Imagem de Roterdão (Rotterdam Scan Study - RSS). Como principais resultados obteve-se que não existem em Portugal estruturas para avaliação dos equipamentos pesados ou Agência de Avaliação das Tecnologias da Saúde para desenvolver o importante papel da produção de estudos comparativos entre os equipamentos disponíveis no mercado, a relação preço-qualidade e a sua afetação às necessidades clínico-epidemiológicas. Constatou-se que a implementação de equipamentos de RM está fortemente assente em critérios económicos carecendo de recomendações e diretivas para o uso racionalizado destas tecnologias. Quanto a dados quantitativos concluímos que a maioria dos equipamentos está instalada em instituições privadas (80,2%); a intensidade de campo magnético mais frequente é [1,5T] com 119 equipamentos; os equipamentos estão instalados maioritariamente nos distritos de Lisboa (55 unidades) e do Porto (39 unidades); o rácio médio de equipamentos por habitante em Portugal é de 1 para 65 195 habitantes; a amplitude de gradientes com maior expressão na amostra é 30-39mT/m; a maioria dos equipamentos foi instalada no intervalo temporal [2009-2012] com 59 equipamentos; apenas 6 instituições desenvolvem investigação clinica e a maioria das bobinas para estudos de crânio são do tipo Array. O estudo de otimização da técnica da difusão revelou, quanto à avaliação dos valoresb, que os mais baixos (b=500 s/mm2 e b=1000 s/mm2), apresentam maior IS e SNR sendo esta uma boa medida referente à qualidade de imagem, no entanto, os valores-b mais elevados (b=2000 s/mm2) apresentam maior CNR e CR, face aos anteriores, o Otimização da anisotropia fronto-calosa e [RM 1,5T] no idoso normal e com risco cérebro-vascular que apesar de proporcionar inferior detalhe anatómico e consequentemente inferior qualidade de imagem, num encéfalo normal, pode auxiliar na interpretação e apresentar vantagens na identificação de lesões microvasculares sempre que persistirem dúvidas em relação ao diagnóstico diferencial de doença microvascular do tipo status lacunar ou Hiperintensidades da Substância Branca. As alterações deste parâmetro são particularmente refletidas nas diferenças da avaliação da qualidade de imagem na região fronto-calos Concluímos da avaliação quantitativa da concentração média de ferro (26Fe) em todas as faixas etárias que os núcleos da base que apresentam maior concentração são, por ordem decrescente: Substância Nigra, Globus Pallidus, Putamen, Tálamo, Núcleo Rubro e Núcleo Caudado; que existe uma predominância na concentração de ferro (26Fe) no hemisfério esquerdo e que os indivíduos do género masculino apresentam mais ferro (26Fe) que os do género feminino nas faixas etárias [30-40[, [40-50[ e [50-60[. Como principal conclusão do estudo da concentração média de ferro em relação à idade destacamos que a concentração média de ferro (26Fe) é superior nos grupos etários superiores, logo aumenta com a idade, sobretudo na Substância Nigra e no Núcleo Lenticular. No estudo técnico-radiológico encontrámos evidências do aumento da difusibilidade da água na substância branca subcortical dos sujeitos idosos comparativamente aos mais jovens. Uma relação idêntica foi avaliada nos tálamos. O aumento relacionado com a idade parece ser predominantemente observado em doentes com mais de 65 anos de idade o que pode refletir alterações estruturais ligeiras associados ao envelhecimento normal. Os resultados indicam que a análise quantitativa das imagens ponderadas em difusão fornece informações, sobre a estrutura do cérebro, as quai s não estão disponíveis apenas por inspeção visual, tanto nas imagens ponderadas em difusão como em outras sequências de aplicação clínica de rotina. Para fazer face às desvantagens dos sistemas de quantificação das HSB os quais são dispendiosos, complexos, requererem tecnologia e formação específicas, recomendamos que a aplicação automatizada GUIAL, desenvolvida ao longo do nosso trabalho é de utilização elementar e prática para que seja introduzida nos sistemas de aquisição de imagem por RM com o fim de integrar o processamento de imagem nos indivíduos portadores de fatores de risco vascular. A avaliação do ADC, nesta amostra, permitiu concluir que a variação desta variável é explicada estatisticamente pela existência da condição clínica de status lacunar em ambos os hemisférios ou por outras palavras, o status lacunar influencia o valor de ADC. Embora uma pequena percentagem da variação do ADC seja explicada pelo género, o ADC nos homens foi superior ao das mulheres o que não nos surpreende, pois são também os homens onde a frequência de doença microvascular se revelou mais expressiva. Os valores do ADC, globalmente, entre os hemisférios cerebrais não mostraram alterações exceto na SB entre os idosos e não idosos. A SB da região frontal mostrou valores diminuídos na anisotropia e isotropia face às restantes áreas anatómicas. Os estudos indicam que na idade avançada existe uma maior predisposição para suscetibilidades de estrutura com status de desconexão. A classificação das HSB foi superior em indivíduos mais velhos e com status lacunar, e em menor quantidade (inferior rating de classificação) nos indivíduos idosos sem status lacunar. As alterações volumétricas foram mais frequentes no homem do que na mulher, presumivelmente devido à associação com a elevada classificação de status lacunar. Um aumento do índice de Evan correspondeu, neste estudo, ao aumento das HSB, à diminuição do volume cerebral total, à expansão ventrículo-sulcal frontal e ao aumento da medida do ângulo caloso. Estes resultados foram agravados pela classificação elevada de status lacunar nos indivíduos que apresentaram indícios de doença de pequenos vasos, com manifesto aumento dos espaços de Virchow-Robin,enfartes lacunares ou HSB. Esses resultados foram mais expressivos no género masculino do que no feminino revelando uma maior vulnerabilidade sobretudo na atrofia frontal nos homens. Por sua vez as dimensões do Corpo Caloso tornaram-se reduzidas devido à compressão dos ventrículos laterais e terceiro ventrículo. Estes indicadores tiveram expressão particularmente nos indivíduos com mais de 65 anos. ---------------------------------------------------------------------------------------------ABSTRACT: The latest neuroimaging methods, such as Magnetic Resonance Imaging (MRI), have enabled detailed images of in vivo human brain. These images reveal often unexpected findings related to the normal pattern, with high predisposition for the elderly people with forthright coexistence with vascular risk factors such as characteristics of a normal aging process. Although it has been, in the last decade, several publications on this subject, it is still little explained. All over the world have emerged disease prevention programs and health promotion developed by the Public Health sector, supported mainly by the advancement of medical technologies that have resulted, among other impacts, in a growing of the elderly population. It is estimated, in 2030, a demographic composition with 20% o people over 65 years. In this context, microvascular disease is the most common cause of cognitive vascular impairment in the elderly and senescent characteristics in the MRI trough ischemic lesions of the white matter (Leukoaraiosis) and lacunar infarcts (lacunar status), cerebral atrophy, gliosis and iron accumulation in the basal ganglia in excess.This thesis, considering the research line that stems - Life Sciences - specialization in Clinical Medicine, Biotechnology, gathers and reflects on three aspects linked to MR, interdependent and related to a common problem. The first deals with the Magnetic Resonance Technology characterization in Portugal, which includes an exploratory evaluation of the implementation of Anisotropic Diffusion technique in brain studies. The analytical dimensions studied were the Technologic, Socio-demographic and Economics. Collecting data was supported by different sources of information and was applied an exploratory methodology whose results were validated by triangulation. The research method was grouped and stratified criteria under the same analytical dimensions. The second describes the anatomical study - which was focused on radiological measurement parameters, based on the brain’s specimen under an experimental methodology applied to MRI diffusion metrics. Radiological evaluation and optimization of the weighted image diffusion in clinical studies were associated with the brain of the elderly "The Usual Brain Aging" with methodological basis based on established criteria and indicators by Rotterdam Scan Study (RSS). The main results obtained reveal the inexistence frameworks in Portugal for evaluation of equipments or Agency of Health Technology to produce studies comparing the equipment available on the market, the value for money and its allocation to clinical and epidemiological needs. It was found that the implementation of MRI equipment is strongly based on economic criteria lacking recommendations and guidelines for the rationalized use of these technologies. As the quantitative data we conclude that most of the scanners are located in private clinical institutions (80,2%); the most frequent magnetic field intensity is [1.5T] with 119 scanners; the scanners are mainly installed in Lisbon (55 units) and Porto (39 units) districts; the average ratio of equipment per capita in Portugal is 1 to 65 195 people; the gradient power with higher expression in the sample is 30-39mT / m;most of the scanners were installed in the years range [2009-2012 years] with 59 equipment; only 6 clinical placements develop clinical research and the most coils for brain studies are of Array type. The optimization study of diffusion technique revealed, as the assessment of the bvalues, the lower (b = 500 s / mm2 and b = 1000 s / mm 2), promotes an increase in the SI and SNR being this measure related to a higher image quality, however the highest b values (b = 2000 s / mm 2) have a higher CNR (Contrast to Noise-Ratio) and CR (Contrast Ratio), compared to the previous ones. This may provide less anatomical details and, thus, ower image quality, of a normal brain, however can help the interpretation and have advantages in identifying microvascular injuries when doubts persist regarding the differential diagnosis of microvascular disease of lacunar or WMH (White Matter Hyperintensities) status type. Changes on this parameter are Otimização da anisotropia fronto-calosa e [RM 1,5T] no idoso normal e com risco cérebro-vascular particularly reflected in the differences of image quality evaluation in the frontocallosum anatomical area. We conclude from the quantitative assessment of the average concentration of iron (26Fe), in all age groups to the basal ganglia, that the higher concentrations are, in descending order: Nigral Substantia, Globus pallidus, Putamen, Thalamus, Rubio nucleus and Caudate nucleus; that there is a predominance in the concentration of iron (26Fe) in the left hemisphere and that male gender show higher iron (26Fe) level tha females, in the age groups [30-40 [[40-50 [and [50- 60 [. Regarding a main conclusion of the mean concentration study of iron, in terms of age we point out that the average concentration of iron (26Fe) is higher among older groups and increases with age, especially in Nigral Substantia and Lenticular Nucleus. On the technical and radiological study we found evidence of an increased in water /diffusivity in the ubcortical white matter of the elderly compared with younger subjects. A similar relationship was assessed in the Thalamus. The increase agerelated seems to be predominantly observed in patients over 65 years which may reflect minor structural changes associated with normal aging. The results indicate that quantitative analysis of diffusion weighted imaging can provide information about the structure of the brain which is not reached only by visual inspection or standard sequences applied in clinical routine. To address the disadvantages the systems of quantification of WMH which the authors state that are costly, complex, require specific technology and training, we recommend that the automated application GUIAL, developed over our work is basic and practical to use and to be introduced in MR image systems acquisition in order to integrate image processing in patients with vascular risk factors. The evaluation of the ADC showed that its variation is statistically explained by the existence of the medical condition of lacunar status, in both hemispheres, or in other words, the lacunar status influences the ADC value. Although a small percentage of the ADC variation is explained by gender, the ADC in men was higher than women which Otimização da anisotropia fronto-calosa e [RM 1,5T] no idoso normal e com risco cérebro-vascular do not surprise us, since they are also men where the frequency of microvasculardisease has proved more significant. The values of ADC, overall, between the cerebral hemispheres showed no changes but were different in WM among the elderly and non-elderly subjects.The WM's forehead showed decreased values in anisotropy and isotropy face the other anatomical areas. The studies indicate that in old age there is a greater tendency to higher susceptibility to disconnection- status framework. The classification of WMH was higher in elderly people and lacunar status, and fewer (lower classification rating) in the elderly without lacunar status. volumetric changes were more frequent in men than in women, most probably because of its association with high lacunar status rating. An increase of Evan index corresponded, in this study, to an increase in WMH, to a decreased of total brain volume, to a ventricle sulcal frontal and callous angle expansion. These results were wound up by high ranking of lacunar status in subjects who had small vessel disease, clear increase in spaces of Virchow-Robin, lacunar infarctions or WMH. These results were more significant in males than in females revealing vulnerability particularly in the frontal atrophy in men. In turn the size of Corpus Callosum because reduced due to the compression of the lateral and third ventricles. These indicators had expression particularly in individuals over 65 years.

Intrahemispheric dysfunction in primary motor cortex without corpus callosum: a transcranial magnetic stimulation study

Affiliation: Département de Psychologie, Université de Montréal

Investigation des fonctions du corps calleux par l'étude du transfert interhémisphérique de l'information visuelle et motrice chez les individus normaux et callosotomisés

Le principal rôle du corps calleux est d’assurer le transfert de l’information entre les hémisphères cérébraux. Du support empirique pour cette fonction provient d’études investiguant la communication interhémisphérique chez les individus à cerveau divisé (ICD). Des paradigmes expérimentaux exigeant une intégration interhémisphérique de l’information permettent de documenter certains signes de déconnexion calleuse chez ces individus. La présente thèse a investigué le transfert de l’information sous-tendant les phénomènes de gain de redondance (GR), de différence croisé– non-croisé (DCNC) et d’asynchronie bimanuelle chez les ICD et les individus normaux, et a ainsi contribué à préciser le rôle du corps calleux. Une première étude a comparé le GR des individus normaux et des ICD ayant subi une section partielle ou totale du corps calleux. Dans une tâche de détection, le GR consiste en la réduction des temps de réaction (TR) lorsque deux stimuli sont présentés plutôt qu’un seul. Typiquement, les ICD présentent un GR beaucoup plus grand (supra-GR) que celui des individus normaux (Reuter-Lorenz, Nozawa, Gazzaniga, & Hughes, 1995). Afin d’investiguer les conditions d’occurrence du supra-GR, nous avons évalué le GR en présentation interhémisphérique, intrahémisphérique et sur le méridien vertical, ainsi qu’avec des stimuli requérant une contribution corticale différente (luminance, couleur équiluminante ou mouvement). La présence d’un supra-GR chez les ICD partiels et totaux en comparaison avec celui des individus normaux a été confirmée. Ceci suggère qu’une section antérieure du corps calleux, qui perturbe le transfert d’informations de nature motrice/décisionnelle, est suffisante pour produire un supra-GR chez les ICD. Nos données permettent aussi d’affirmer que, contrairement au GR des individus normaux, celui des ICD totaux est sensible aux manipulations sensorielles. Nous concluons donc que le supra-GR des ICD est à la fois attribuable à des contributions sensorielles et motrices/décisionnelles. Une deuxième étude a investigué la DCNC et l’asynchronie bimanuelle chez les ICD et les individus normaux. La DCNC réfère à la soustraction des TR empruntant une voie anatomique « non-croisée » aux TR empruntant une voie anatomique « croisée », fournissant ainsi une estimation du temps de transfert interhémisphérique. Dans le contexte de notre étude, l’asynchronie bimanuelle réfère à la différence de TR entre la main gauche et la main droite, sans égard à l’hémichamp de présentation. Les effets de manipulations sensorielles et attentionnelles ont été évalués pour les deux mesures. Cette étude a permis d’établir une dissociation entre la DCNC et l’asynchronie bimanuelle. Précisément, les ICD totaux, mais non les ICD partiels, ont montré une DCNC significativement plus grande que celle des individus normaux, alors que les deux groupes d’ICD se sont montrés plus asynchrones que les individus normaux. Nous postulons donc que des processus indépendants sous-tendent la DCNC et la synchronie bimanuelle. De plus, en raison de la modulation parallèle du GR et de l’asynchronie bimanuelle entre les groupes, nous suggérons qu’un processus conjoint sous-tend ces deux mesures.

Affective word priming in the left and right visual fields in young and older individuals

Alors que les hypothèses de valence et de dominance hémisphérique droite ont longtemps été utilisées afin d’expliquer les résultats de recherches portant sur le traitement émotionnel de stimuli verbaux et non-verbaux, la littérature sur le traitement de mots émotionnels est généralement en désaccord avec ces deux hypothèses et semble converger vers celle du décours temporel. Cette dernière hypothèse stipule que le décours temporal lors du traitement de certains aspects du système sémantique est plus lent pour l’hémisphère droit que pour l’hémisphère gauche. L’objectif de cette thèse est d’examiner la façon dont les mots émotionnels sont traités par les hémisphères cérébraux chez des individus jeunes et âgés. À cet effet, la première étude a pour objectif d’évaluer l’hypothèse du décours temporel en examinant les patrons d’activations relatif au traitement de mots émotionnels par les hémisphères gauche et droit en utilisant un paradigme d’amorçage sémantique et une tâche d’évaluation. En accord avec l’hypothèse du décours temporel, les résultats obtenus pour les hommes montrent que l’amorçage débute plus tôt dans l’hémisphère gauche et plus tard dans l’hémisphère droit. Par contre, les résultats obtenus pour les femmes sont plutôt en accord avec l’hypothèse de valence, car les mots à valence positive sont principalement amorcés dans l’hémisphère gauche, alors que les mots à valence négative sont principalement amorcés dans l’hémisphère droit. Puisque les femmes sont considérées plus « émotives » que les hommes, les résultats ainsi obtenus peuvent être la conséquence des effets de la tâche, qui exige une décision explicite au sujet de la cible. La deuxième étude a pour objectif d’examiner la possibilité que la préservation avec l’âge de l’habileté à traiter des mots émotionnels s’exprime par un phénomène compensatoire d’activations bilatérales fréquemment observées chez des individus âgés et maintenant un haut niveau de performance, ce qui est également connu sous le terme de phénomène HAROLD (Hemispheric Asymmetry Reduction in OLDer adults). En comparant les patrons d’amorçages de mots émotionnels auprès de jeunes adultes et d’adultes âgés performants à des niveaux élevés sur le plan comportemental, les résultats révèlent que l’amorçage se manifeste unilatéralement chez les jeunes participants et bilatéralement chez les participants âgés. Par ailleurs, l’amorçage se produit chez les participants âgés avec un léger délai, ce qui peut résulter d’une augmentation des seuils sensoriels chez les participants âgés, qui nécessiteraient alors davantage de temps pour encoder les stimuli et entamer l’activation à travers le réseau sémantique. Ainsi, la performance équivalente au niveau de la précision retrouvée chez les deux groupes de participants et l’amorçage bilatéral observé chez les participants âgés sont en accord avec l’hypothèse de compensation du phénomène HAROLD.

Latéralisation hémisphérique et lecture : l’utilisation de l’information visuelle disponible en reconnaissance de mots par chaque hémisphère cérébral

Dans le cadre de cette thèse, nous investiguons la capacité de chaque hémisphère cérébral à utiliser l’information visuelle disponible lors de la reconnaissance de mots. Il est généralement convenu que l’hémisphère gauche (HG) est mieux outillé pour la lecture que l’hémisphère droit (HD). De fait, les mécanismes visuoperceptifs utilisés en reconnaissance de mots se situent principalement dans l’HG (Cohen, Martinaud, Lemer et al., 2003). Puisque les lecteurs normaux utilisent optimalement des fréquences spatiales moyennes (environ 2,5 - 3 cycles par degré d’angle visuel) pour reconnaître les lettres, il est possible que l’HG les traite mieux que l’HD (Fiset, Gosselin, Blais et Arguin, 2006). Par ailleurs, les études portant sur la latéralisation hémisphérique utilisent habituellement un paradigme de présentation en périphérie visuelle. Il a été proposé que l’effet de l’excentricité visuelle sur la reconnaissance de mots soit inégal entre les hémichamps. Notamment, la première lettre est celle qui porte habituellement le plus d’information pour l’identification d’un mot. C’est aussi la plus excentrique lorsque le mot est présenté à l’hémichamp visuel gauche (HVG), ce qui peut nuire à son identification indépendamment des capacités de lecture de l’HD. L’objectif de la première étude est de déterminer le spectre de fréquences spatiales utilisé par l’HG et l’HD en reconnaissance de mots. Celui de la deuxième étude est d’explorer les biais créés par l’excentricité et la valeur informative des lettres lors de présentation en champs divisés. Premièrement, nous découvrons que le spectre de fréquences spatiales utilisé par les deux hémisphères en reconnaissance de mots est globalement similaire, même si l’HG requière moins d’information visuelle que l’HD pour atteindre le même niveau de performance. Étonnament toutefois, l’HD utilise de plus hautes fréquences spatiales pour identifier des mots plus longs. Deuxièmement, lors de présentation à l’HVG, nous trouvons que la 1re lettre, c’est à dire la plus excentrique, est parmi les mieux identifiées même lorsqu’elle a une plus grande valeur informative. Ceci est à l’encontre de l’hypothèse voulant que l’excentricité des lettres exerce un biais négatif pour les mots présentés à l’HVG. De façon intéressante, nos résultats suggèrent la présence d’une stratégie de traitement spécifique au lexique.

A assimetria funcional inter-hemisférica

A temática da assimetria funcional inter-hemisférica e analisada, neste trabalho, através de uma revisão crítica da literatura concernente aos estudos clínicos e experimentais (realizados tanto com pacientes neurológicos quanto com indivíduos normais) que se mostraram mais significativos para a configuração atual deste campo do saber. Inicialmente são analisados os estudos efetuados com pacientes neurológicos lesados unilateralmente, que forneceram as primeiras evidências sobre uma organização assimétrica dos hemisférios cerebrais. Na medida em que tal assimetria refere-se principalmente aos processos cognitivos, focalizou-se esta análise nos estudos mais significativos realizados sobre os quadros de afasias, apraxias, agnosias e amnésias, diretamente relacionados à problemática da assimetria cerebral. Os estudos empregando a técnica de Wada e com pacientes comissurotomizados foram abordados a seguir procurando-se evidenciar o grande avanço que propiciaram nos conhecimentos concernentes à assimetria funcional inter-hemisférica, quer em termos da caracterização funcional de cada hemisfério cerebral (o que acabou por levar a substituição da problemática de dominância cerebral pela de assimetria funcional inter-hemisférica) quer em termos da mobilização de interesse por esta área da pesquisa neuropsicológica. No que concerne aos estudos com indivíduos normais, procurou-se enfatizar a progressão de um enfoque centrado nas caracterizações hemisféricas para um enfoque centrado na análi¬se dos requerimentos cognitivos de uma determinada tarefa, com o objetivo de avaliar a participação relativa dos hemisférios cerebrais nas tarefas complexas. As diferenças individuais quanto ao padrão de lateralização funcional foram particularmente examinadas em relação aos estudos vinculados a variáveis comportamentais facilmente observáveis tais como a preferência manipulatória e sua história familiar, a preferência ocular e o sexo, dando-se ênfase a estudos correlacionais entre aquela primeira variável e a lateralização para a linguagem, que têm tido maior suporte empírico. Os principais modelos emergentes na literatura sobre a atuação conjunta dos hemisférios cerebrais, tentando explicar sua din5mica, foram objeto de um tópico ulterior. Dentre os diversos modelos propostos considerou-se mais consistente o de Dimond e Beaumont (Beaumont, 1974) que propõe uma atuação mais integrada entre os hemisférios cerebrais, embora não se revele totalmente satisfatório. Análises de questões filogenética, ontogenética e referentes aos diferentes processamentos cognitivos requeridos em tarefas complexas foram efetuadas já que constituem grande foco de interesse na literatura atual concernente à assimetria funcional inter-hemisférica.