Évaluation de l'activité sérotoninergique du cortex préfrontal médian dans un modèle animal de psychose

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Caractérisation du potentiel de champ locale dans le cortex préfrontal médian du rat durant le stress et la prise alimentaire

Le stress joue un rôle important dans le maintien de la qualité de vie quotidienne. Une exposition à une situation stressante peut causer divers désordres neuropsychiatriques du cerveau qui sont associés avec des problèmes liés au sommeil, à la dépression, à des problèmes digestifs et à des troubles de l’alimentation. Les traitements de ces troubles liés au stress sont très coûteux à travers le monde. De nos jours, des considérations importantes ont été soulevées afin de trouver des moyens appropriés pour la prévention plutôt que de dépenser ultérieurement plus de budget sur les traitements. De cette façon, l’étude et l’expérimentation sur les animaux des troubles liés au stress sont l’un des moyens les plus fiables pour atteindre une compréhension plus profonde des problèmes liés au stress. Ce projet visait à révéler la modulation des potentiels de champ locaux (LFP) lors de la consommation de sucrose dans deux conditions englobant la condition de contrôle non-stressante et celle stressante d’un choc électrique aiguë à la patte dans le cortex préfrontal médian (CPFm) du cerveau de rat. Le CPFm est une structure importante dans la réponse au stress et à l’anxiété par l’interaction avec l’axe hypothalamique-pituitaire surrénale (HPA). Les résultats de ce projet ont révélé que la plupart des coups de langue se sont produits dans les 15 premières minutes de l’accès à une solution de sucrose autant pour la condition contrôle non-stressante que pour la condition stressante. En outre, le stress aigu d’un choc à la patte affecte de manière significative la consommation horaire de sucrose en diminuant le volume de la consommation. Les résultats ont également révélé une présence importante du rythme thêta dans le CPFm pendant la condition de base et pendant l’ingestion de sucrose dans les deux conditions. De plus, les résultats ont montré une diminution de puissance des bandes delta et thêta lors des initiations de léchage du sucrose. Ce projet conduit à des informations détaillées sur les propriétés électrophysiologiques du cortex infra-limbique (IL) du CPFm en réponse à l’exposition à des conditions de stress et de l’apport d’une solution de sucrose. Ce projet permet également de mieux comprendre les mécanismes neurophysiologiques des neurones du CPFm en réponse à l’exposition à une condition stressante suivie d’apport de sucrose. Ce projet a également permis de confirmer les effets anorexigènes du stress et suggèrent également que la synchronisation neuronale dans le cortex IL peut jouer un rôle dans le comportement de léchage et sa désynchronisation pendant le léchage après une exposition à des conditions stressantes.

La source des activations différentielles obtenues lors d'études IRMf de la tristesse : une étude de jumeaux

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La source des activations différentielles obtenues lors d'études IRMf de la tristesse : une étude de jumeaux

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Plasticity of neuroanatomical relationships between cholinergic and dopaminergic axon varicosities and pyramidal cells in the rat medial prefrontal cortex

Les systèmes cholinergique et dopaminergique jouent un rôle prépondérant dans les fonctions cognitives. Ce rôle est exercé principalement grâce à leur action modulatrice de l’activité des neurones pyramidaux du cortex préfrontal. L’interaction pharmacologique entre ces systèmes est bien documentée mais les études de leurs interactions neuroanatomiques sont rares, étant donné qu’ils sont impliqués dans une transmission diffuse plutôt que synaptique. Ce travail de thèse visait à développer une expertise pour analyser ce type de transmission diffuse en microscopie confocale. Nous avons étudié les relations de microproximité entre ces différents systèmes dans le cortex préfrontal médian (mPFC) de rats et souris. En particulier, la densité des varicosités axonales en passant a été quantifiée dans les segments des fibres cholinergiques et dopaminergiques à une distance mutuelle de moins de 3 µm ou à moins de 3 µm des somas de cellules pyramidales. Cette microproximité était considérée comme une zone d’interaction probable entre les éléments neuronaux. La quantification était effectuée après triple-marquage par immunofluorescence et acquisition des images de 1 µm par microscopie confocale. Afin d’étudier la plasticité de ces relations de microproximité, cette analyse a été effectuée dans des conditions témoins, après une activation du mPFC et dans un modèle de schizophrénie par déplétion des neurones cholinergiques du noyau accumbens. Les résultats démontrent que 1. Les fibres cholinergiques interagissent avec des fibres dopaminergiques et ce sur les mêmes neurones pyramidaux de la couche V du mPFC. Ce résultat suggère différents apports des systèmes cholinergique et dopaminergique dans l’intégration effectuée par une même cellule pyramidale. 2. La densité des varicosités en passant cholinergiques et dopaminergiques sur des segments de fibre en microproximité réciproque est plus élevée comparé aux segments plus distants les uns des autres. Ce résultat suggère un enrichissement du nombre de varicosités axonales dans les zones d’interaction. 3. La densité des varicosités en passant sur des segments de fibre cholinergique en microproximité de cellules pyramidales, immunoúactives pour c-Fos après une stimulation visuelle et une stimulation électrique des noyaux cholinergiques projetant au mPFC est plus élevée que la densité des varicosités de segments en microproximité de cellules pyramidales non-activées. Ce résultat suggère un enrichissement des varicosités axonales dépendant de l’activité neuronale locale au niveau de la zone d'interaction avec d'autres éléments neuronaux. 4. La densité des varicosités en passant des fibres dopaminergiques a été significativement diminuée dans le mPFC de rats ayant subi une déplétion cholinergique dans le noyau accumbens, comparée aux témoins. Ces résultats supportent des interrelations entre la plasticité structurelle des varicosités dopaminergiques et le fonctionnement cortical. L’ensemble des donneès démontre une plasticité de la densité locale des varicosités axonales en fonction de l’activité neuronale locale. Cet enrichissement activité-dépendant contribue vraisemblablement au maintien d’une interaction neurochimique entre deux éléments neuronaux.

Les effets d’un traitement au corticostérone sur la transmission dopaminergique mésocorticale du rat en période de stress

L’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien joue un rôle essentiel dans l’adaptation et la réponse au stress. Toutefois, l’hyperactivation de cet axe ou des niveaux chroniquement élevés de glucocorticoïdes (GC) entraînent des conséquences pathologiques. Le système dopaminergique mésocortical, qui se projette dans le cortex préfrontal médian (CPFm), joue un rôle adaptatif en protégeant contre le stress. Jusqu’à présent, les interactions fonctionnelles entre les GC (ex : corticostérone) et le système dopaminergique mésocortical ne sont pas élucidées. Dans ce mémoire, nous avons évalué les effets des GC sur les fonctions dopaminergiques préfrontales en élevant chroniquement, à l’aide de minipompes osmotiques, les niveaux de corticostérone aux concentrations physiologiques maximales (1 mg/kg/h pendant 7 jours). Ce traitement n’a pas modifié significativement, chez les rats stressés ou non, les niveaux post mortem de dopamine et de son métabolite dans le tissu du CPFm. Toutefois, l’évaluation par voltamétrie in vivo des changements de dopamine extracellulaire dans le CPFmv a permis d’observer que la corticostérone augmente significativement la libération de dopamine en réponse à l’exposition à l’odeur de renard et au pincement de la queue. Nos études nous permettent de conclure que la corticostérone potentialise la fonction dopaminergique mésocorticale qui, à son tour, facilite la régulation négative en période de stress.

Études des différences sexuelles dans les systèmes cérébraux régulateurs de la réponse de stress et des émotions chez le rat

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Études des différences sexuelles dans les systèmes cérébraux régulateurs de la réponse de stress et des émotions chez le rat

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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.

Protein markers for Alzheimer disease in the frontal cortex and cerebellum

Objective: To compare proteins related to Alzheimer disease ( AD) in the frontal cortex and cerebellum of subjects with early-onset AD (EOAD) with or without presenilin 1 (PS1) mutations with sporadic late-onset AD ( LOAD) and nondemented control subjects. Methods: Immunohistochemistry, immunoblot analysis, and ELISA were used to detect and assess protein levels in brain. Results: In EOAD and to a lesser extent in LOAD, there was increased amyloid beta (Abeta) deposition (by immunohistochemistry), increased soluble Abeta (by immunoblot analysis), and specific increases in Abeta(40) and Abeta(42) ( by ELISA) in the frontal cortex and, in some cases, in the cerebellum. Surprisingly, immunoblot analysis revealed reduced levels of PS1 in many of the subjects with EOAD with or without PS1 mutations. In those PS1 mutation-bearing subjects with the highest Abeta, PS1 was barely, if at all, detectable. This decrease in PS1 was specific and not attributable solely to neuronal loss because amyloid precursor protein (APP) and the PS1-interacting protein beta-catenin levels were unchanged. Conclusions: This study shows that in the frontal cortex and cerebellum from Alzheimer disease patients harboring certain presenilin 1 mutations, high levels of amyloid beta are associated with low levels of presenilin 1. The study provides the premise for further investigation of mechanisms underlying the downregulation of presenilin 1, which may have considerable pathogenic and therapeutic relevance.

Cerebral cortex activation mapping upon electrical muscle stimulation by 32-channel time-domain functional near-infrared spectroscopy

The application of different EMS current thresholds on muscle activates not only the muscle but also peripheral sensory axons that send proprioceptive and pain signals to the cerebral cortex. A 32-channel time-domain fNIRS instrument was employed to map regional cortical activities under varied EMS current intensities applied on the right wrist extensor muscle. Eight healthy volunteers underwent four EMS at different current thresholds based on their individual maximal tolerated intensity (MTI), i.e., 10 % < 50 % < 100 % < over 100 % MTI. Time courses of the absolute oxygenated and deoxygenated hemoglobin concentrations primarily over the bilateral sensorimotor cortical (SMC) regions were extrapolated, and cortical activation maps were determined by general linear model using the NIRS-SPM software. The stimulation-induced wrist extension paradigm significantly increased activation of the contralateral SMC region according to the EMS intensities, while the ipsilateral SMC region showed no significant changes. This could be due in part to a nociceptive response to the higher EMS current intensities and result also from increased sensorimotor integration in these cortical regions.

Expression Profiles of Mitochondrial Genes in the Frontal Cortex and the Caudate Nucleus of Developing Humans and Mice Selectively Bred for High and Low Fear

A growing body of evidence suggests that mitochondrial function may be important in brain development and psychiatric disorders. However, detailed expression profiles of those genes in human brain development and fear-related behavior remain unclear. Using microarray data available from the public domain and the Gene Ontology analysis, we identified the genes and the functional categories associated with chronological age in the prefrontal cortex (PFC) and the caudate nucleus (CN) of psychiatrically normal humans ranging in age from birth to 50 years. Among those, we found that a substantial number of genes in the PFC (115) and the CN (117) are associated with the GO term: mitochondrion (FDR qv <0.05). A greater number of the genes in the PFC (91%) than the genes in the CN (62%) showed a linear increase in expression during postnatal development. Using quantitative PCR, we validated the developmental expression pattern of four genes including monoamine oxidase B (MAOB), NADH dehydrogenase flavoprotein (NDUFV1), mitochondrial uncoupling protein 5 (SLC25A14) and tubulin beta-3 chain (TUBB3). In mice, overall developmental expression pattern of MAOB, SLC25A14 and TUBB3 in the PFC were comparable to the pattern observed in humans (p<0.05). However, mice selectively bred for high fear did not exhibit normal developmental changes of MAOB and TUBB3. These findings suggest that the genes associated with mitochondrial function in the PFC play a significant role in brain development and fear-related behavior.

Expression pattern of the cannabinoid receptor genes in the frontal cortex of mood disorder patients and mice selectively bred for high and low fear

Although the endocannabinoid system (ECS) has been implicated in brain development and various psychiatric disorders, precise mechanisms of the ECS on mood and anxiety disorders remain unclear. Here, we have investigated developmental and disease-related expression pattern of the cannabinoid receptor 1 (CB1) and the cannabinoid receptor 2 (CB2) genes in the dorsolateral prefrontal cortex (PFC) of humans. Using mice selectively bred for high and low fear, we further investigated potential association between fear memory and the cannabinoid receptor expression in the brain. The CB1, not the CB2, mRNA levels in the PFC gradually decrease during postnatal development ranging in age from birth to 50 years (r 2 > 0.6 & adj. p < 0.05). The CB1 levels in the PFC of major depression patients were higher when compared to the age-matched controls (adj. p < 0.05). In mice, the CB1, not the CB2, levels in the PFC were positively correlated with freezing behavior in classical fear conditioning (p < 0.05). These results suggest that the CB1 in the PFC may play a significant role in regulating mood and anxiety symptoms. Our study demonstrates the advantage of utilizing data from postmortem brain tissue and a mouse model of fear to enhance our understanding of the role of the cannabinoid receptors in mood and anxiety disorders