Hemispheric Lateralization in Benign Focal Epilepsy in Childhood With Centrotemporal Spikes (BECTS)

Benign focal epilepsy in childhood with centrotemporal spikes (BECTS) is one of the most common forms of epilepsy. In adults there is a higher percentage of lateralized epileptic discharges in the left cerebral hemisphere; however, in children this pattern does not seem to have the same distribution. The objective of this study was to evaluate the lateralization of interictal spikes in children with BECTS in relation to the sex of the child and the age of onset of epilepsy. We studied the electroencephalograms (EEGs) of 114 children with a clinical diagnosis of BECTS according to ILAE. The results obtained from two EEGs, performed at intervals of 6 and 12 months, were correlated with the age of onset of the epileptic seizures and the sex of the child. There was no association between the onset of epileptic seizures and the age of the child (p=0.461). When we analyzed the relationship between laterality and sex we did not observe any difference in the first EEG (p = 0.767) results; however, in the results of the second EEG there was a difference (p = 0.002). In males, left and bilateral interictal spikes were predominant, and in females the right hemisphere showed predominant spikes and there were continuous spike-and-wave discharges during slow sleep (CSWSS). The analysis between laterality and a child`s age did not show predominant interictal spikes in the hemispheres, except in males where there were predominant multifocal and generalized spikes, but not lateralization (p=0.011). The conclusion was that in BECTS the lateralization of interictal spikes was not consistent as described in adult patients, but there was a slight left hemispheric predominance in boys and right hemispheric predominance in girls.

The Orton's hypothesis about hemispheric lateralization and reading-writing performance revisited : an ex post facto study in Spanish context. 'La hipótesis de Orton sobre lateralización hemisférica y desempeño en lecto-escritura revisada : un estudio ex post facto en un contexto español'.

Resumen basado en el de la publicación

Hemispheric lateralization of the corticostriatal glutamatergic system in the rat

Little is known about hemispheric lateralization of subcortical structures. Here, we show a higher expression of the subunit NR2A of the NMDA receptor mRNA in the striatum and of vGluT1 mRNA in the cingulate cortex, in the left hemisphere compared to the right one. This suggests a lateralization of the glutamatergic cortico-subcortical system, at the level of postsynaptic receptors as well as at the level of corticostriatal projections. Such lateralization could play a role in asymmetric diseases like Parkinson's disease.

Hemispheric lateralization patterns and psychotic experiences in healthy subjects

The hypothesis that psychotic experiences in healthy subjects are associated with a dysfunction of the right hemisphere is supported by some, but not all, available studies. Differences in gender composition of study samples may explain in part the divergent findings. The present study was carried out in 42 healthy, right-handed university students. Scores on the Schizophrenia and Paranoia scales of the Minnesota Multidimensional Personality Inventory-2 were used in correlation analyses and to define a High- and a Low-Psychotic group. Brain Electrical Microstates and Low Resolution Electromagnetic Tomography (LORETA) source analyses of the auditory P300 (P3a and P3b) components of the event-related potential, as well as a battery of neuropsychological tests, were used to assess hemispheric functioning. Scores on the Paranoia scale were positively associated with a leftward shift of the P3a topographic descriptors in females but not in males. When comparing High-Psychotic and Low-Psychotic females, a leftward shift of P3a descriptors and an increased cortical activation in left fronto-temporal areas were observed in the High-Psychotic group. Our results demonstrated gender-related differences in the pattern of hemispheric imbalance associated with psychotic experiences in healthy subjects.

Lateralization of dynorphin gene expression in the rat striatum

Hemispheric lateralization is well known in the cerebral cortex, but not in subcortical structures like basal ganglia. The goal of our study was to determine whether lateralization was present in the direct and indirect striatal pathways. We studied gene expression in the striatum of healthy rats, which was divided into two sectors, medial and lateral. Dynorphin (DYN) and enkephalin (ENK) mRNA were analyzed as markers of the direct and indirect striatal pathways, respectively and glutamic acid decarboxylase (GAD) mRNA was analyzed as a marker of all medium spiny neurons. DYN and GAD mRNA expression was higher on the left hemisphere in the medial sector of the striatum, but not in the lateral one. We did not observe any difference between sides with ENK mRNA expression. We suggest the presence of a lateralization in the medial striatum, which is specific for the direct striatal pathway.

Psychogenetics of Turner syndrome: an investigation of 28 subjects and respective controls using the Bender test and Piagetian scales

Piagetian scales and the Bender visual motor gestalt test (BT) were applied to 28 subjects with universal 45, X Turner syndrome (TS), and their respective controls, in order to investigate their cognitive performance. Dermatoglyphics were also analyzed to obtain clues concerning embryological changes that may have appeared during development of the nervous system and could be associated with cognitive performance of TS patients. Dermatoglyphic pattern distribution was similar to that reported in previous studies of TS individuals: ulnar loops in the digital patterns and finger ridge, a-b, and A'-d counts were more frequent, while arch and whorl patterns were less frequent compared to controls. However, we did not find higher frequencies of hypothenar pattern, maximum atd angle, and ulnarity index in our TS subjects, unlike other investigations. Furthermore, we found significant differences between TS and control T line index values. The BT scores were also lower in probands, as has been previously reported, revealing a neurocognitive deficit of visual motor perception in TS individuals, which could be due to an absence of, or deficiency in, cerebral hemispheric lateralization. However, TS subjects seemed to improve their performance on BT with age. Cognitive performance of the TS subjects was not significantly different from that of controls, confirming a previous study in which TS performance was found to be similar to that of the normal Brazilian population. There were significant correlations between BT scores and Piagetian scale levels with dermatoglyphic parameters. This association could be explained by changes in the common ectodermal origin of the epidermis and the central nervous system. TS subjects seem to succeed in compensating their spatial impairments in adapting their cognitive and social contacts. We concluded that genetic counseling should consider cognitive and psychosocial difficulties presented by TS subjects, providing appropriate treatment and orientation for them and their families.

The spatio-temporal brain dynamics of processing and integrating sound localization cues in humans.

Interaural intensity and time differences (IID and ITD) are two binaural auditory cues for localizing sounds in space. This study investigated the spatio-temporal brain mechanisms for processing and integrating IID and ITD cues in humans. Auditory-evoked potentials were recorded, while subjects passively listened to noise bursts lateralized with IID, ITD or both cues simultaneously, as well as a more frequent centrally presented noise. In a separate psychophysical experiment, subjects actively discriminated lateralized from centrally presented stimuli. IID and ITD cues elicited different electric field topographies starting at approximately 75 ms post-stimulus onset, indicative of the engagement of distinct cortical networks. By contrast, no performance differences were observed between IID and ITD cues during the psychophysical experiment. Subjects did, however, respond significantly faster and more accurately when both cues were presented simultaneously. This performance facilitation exceeded predictions from probability summation, suggestive of interactions in neural processing of IID and ITD cues. Supra-additive neural response interactions as well as topographic modulations were indeed observed approximately 200 ms post-stimulus for the comparison of responses to the simultaneous presentation of both cues with the mean of those to separate IID and ITD cues. Source estimations revealed differential processing of IID and ITD cues initially within superior temporal cortices and also at later stages within temporo-parietal and inferior frontal cortices. Differences were principally in terms of hemispheric lateralization. The collective psychophysical and electrophysiological results support the hypothesis that IID and ITD cues are processed by distinct, but interacting, cortical networks that can in turn facilitate auditory localization.

Effets des variations œstrogéniques féminines sur les potentiels évoqués cognitifs durant une tâche de rotation mentale

Il apparaît, suite aux résultats de plusieurs études comportementales et d’imagerie cérébrale, que les hormones gonadiques peuvent moduler le fonctionnement cérébral chez la femme. Les asymétries cérébrales fonctionnelles (ACFs), en particulier, changeraient en fonction du niveau de progestérone et d’œstrogène. On a également observé que lorsque le taux d’œstrogène est bas, les performances aux tâches impliquant l’hémisphère droit sont améliorées. Par contre, les preuves de l’action physiologique de ces deux hormones sur le cerveau ne sont pas très nombreuses. Le peu d’études d’électrophysiologie cognitive qui ont porté sur les effets du cycle menstruel ont rapporté que la composante P300 y serait sensible. Aucune n’a cependant utilisé une tâche d’habileté spatiale ou de rotation mentale qui sont connues pour impliquer davantage l’hémisphère droit. Le but de la présente étude est de documenter les changements électrocorticaux reliés aux variations hormonales lors d’une tâche de rotation mentale. Notre hypothèse de départ est que le taux d’œstrogène influencera l’activité électrocorticale et la latéralisation. Les potentiels évoqués cognitifs ont été comparés chez les mêmes femmes (n=12) lors d’une tâche de rotation mentale, répétée à deux périodes du cycle menstruel. Nos résultats démontrent que la condition de rotation induit une latéralisation de l’activité pariétale, vers l’hémisphère gauche, quand le niveau d’œstrogène est bas. Par contre, lorsque le niveau d’œstrogène est élevé, il n’y a aucune latéralisation. Par ailleurs, nous avons observé une augmentation de l’amplitude de la P300 lors du niveau oestrogénique élevé. En conclusion, les fluctuations oestrogéniques du cycle menstruel ont un impact sur la latéralisation de l’activité électrocorticale, lors d’un effort de rotation mentale.

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.

Anhedonia and reward-circuit connectivity distinguish nonresponders from responders to dorsomedial prefrontal rTMS in major depression

Background Depression is a heterogeneous mental illness. Neurostimulation treatments, by targeting specific nodes within the brain’s emotion-regulation network, may be useful both as therapies and as probes for identifying clinically relevant depression subtypes. Methods Here, we applied 20 sessions of magnetic resonance imaging-guided repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) to the dorsomedial prefrontal cortex in 47 unipolar or bipolar patients with a medication-resistant major depressive episode. Results Treatment response was strongly bimodal, with individual patients showing either minimal or marked improvement. Compared with responders, nonresponders showed markedly higher baseline anhedonia symptomatology (including pessimism, loss of pleasure, and loss of interest in previously enjoyed activities) on item-by-item examination of Beck Depression Inventory-II and Quick Inventory of Depressive Symptomatology ratings. Congruently, on baseline functional magnetic resonance imaging, nonresponders showed significantly lower connectivity through a classical reward pathway comprising ventral tegmental area, striatum, and a region in ventromedial prefrontal cortex. Responders and nonresponders also showed opposite patterns of hemispheric lateralization in the connectivity of dorsomedial and dorsolateral regions to this same ventromedial region. Conclusions The results suggest distinct depression subtypes, one with preserved hedonic function and responsive to dorsomedial rTMS and another with disrupted hedonic function, abnormally lateralized connectivity through ventromedial prefrontal cortex, and unresponsive to dorsomedial rTMS. Future research directly comparing the effects of rTMS at different targets, guided by neuroimaging and clinical presentation, may clarify whether hedonia/reward circuit integrity is a reliable marker for optimizing rTMS target selection.

O efeito do sabor azedo e da temperatura fria no tempo de trânsito faríngeo da deglutição em indivíduos após acidente vascular encefálico hemisférico isquêmico

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Étude des mécanismes de localisation auditive et de leur plasticité dans le cortex auditif humain.

Pouvoir déterminer la provenance des sons est fondamental pour bien interagir avec notre environnement. La localisation auditive est une faculté importante et complexe du système auditif humain. Le cerveau doit décoder le signal acoustique pour en extraire les indices qui lui permettent de localiser une source sonore. Ces indices de localisation auditive dépendent en partie de propriétés morphologiques et environnementales qui ne peuvent être anticipées par l'encodage génétique. Le traitement de ces indices doit donc être ajusté par l'expérience durant la période de développement. À l’âge adulte, la plasticité en localisation auditive existe encore. Cette plasticité a été étudiée au niveau comportemental, mais on ne connaît que très peu ses corrélats et mécanismes neuronaux. La présente recherche avait pour objectif d'examiner cette plasticité, ainsi que les mécanismes d'encodage des indices de localisation auditive, tant sur le plan comportemental, qu'à travers les corrélats neuronaux du comportement observé. Dans les deux premières études, nous avons imposé un décalage perceptif de l’espace auditif horizontal à l’aide de bouchons d’oreille numériques. Nous avons montré que de jeunes adultes peuvent rapidement s’adapter à un décalage perceptif important. Au moyen de l’IRM fonctionnelle haute résolution, nous avons observé des changements de l’activité corticale auditive accompagnant cette adaptation, en termes de latéralisation hémisphérique. Nous avons également pu confirmer l’hypothèse de codage par hémichamp comme représentation de l'espace auditif horizontal. Dans une troisième étude, nous avons modifié l’indice auditif le plus important pour la perception de l’espace vertical à l’aide de moulages en silicone. Nous avons montré que l’adaptation à cette modification n’était suivie d’aucun effet consécutif au retrait des moulages, même lors de la toute première présentation d’un stimulus sonore. Ce résultat concorde avec l’hypothèse d’un mécanisme dit de many-to-one mapping, à travers lequel plusieurs profils spectraux peuvent être associés à une même position spatiale. Dans une quatrième étude, au moyen de l’IRM fonctionnelle et en tirant profit de l’adaptation aux moulages de silicone, nous avons révélé l’encodage de l’élévation sonore dans le cortex auditif humain.

Étude des mécanismes de localisation auditive et de leur plasticité dans le cortex auditif humain

Pouvoir déterminer la provenance des sons est fondamental pour bien interagir avec notre environnement. La localisation auditive est une faculté importante et complexe du système auditif humain. Le cerveau doit décoder le signal acoustique pour en extraire les indices qui lui permettent de localiser une source sonore. Ces indices de localisation auditive dépendent en partie de propriétés morphologiques et environnementales qui ne peuvent être anticipées par l'encodage génétique. Le traitement de ces indices doit donc être ajusté par l'expérience durant la période de développement. À l’âge adulte, la plasticité en localisation auditive existe encore. Cette plasticité a été étudiée au niveau comportemental, mais on ne connaît que très peu ses corrélats et mécanismes neuronaux. La présente recherche avait pour objectif d'examiner cette plasticité, ainsi que les mécanismes d'encodage des indices de localisation auditive, tant sur le plan comportemental, qu'à travers les corrélats neuronaux du comportement observé. Dans les deux premières études, nous avons imposé un décalage perceptif de l’espace auditif horizontal à l’aide de bouchons d’oreille numériques. Nous avons montré que de jeunes adultes peuvent rapidement s’adapter à un décalage perceptif important. Au moyen de l’IRM fonctionnelle haute résolution, nous avons observé des changements de l’activité corticale auditive accompagnant cette adaptation, en termes de latéralisation hémisphérique. Nous avons également pu confirmer l’hypothèse de codage par hémichamp comme représentation de l'espace auditif horizontal. Dans une troisième étude, nous avons modifié l’indice auditif le plus important pour la perception de l’espace vertical à l’aide de moulages en silicone. Nous avons montré que l’adaptation à cette modification n’était suivie d’aucun effet consécutif au retrait des moulages, même lors de la toute première présentation d’un stimulus sonore. Ce résultat concorde avec l’hypothèse d’un mécanisme dit de many-to-one mapping, à travers lequel plusieurs profils spectraux peuvent être associés à une même position spatiale. Dans une quatrième étude, au moyen de l’IRM fonctionnelle et en tirant profit de l’adaptation aux moulages de silicone, nous avons révélé l’encodage de l’élévation sonore dans le cortex auditif humain.

Hemispheric dorsolateral prefrontal cortex lateralization in the regulation of empathy for pain

The dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) is involved in the cognitive appraisal and modulation of the pain experience. In this sham-controlled study, with healthy volunteers, we used bi-hemispheric transcranial direct current stimulation (tDCS) over the DLPFC to assess emotional reactions elicited by pain observation. Left-cathodal/right-anodal tDCS decreased valence and arousal evaluations compared to other tDCS conditions. Compared to sham condition, both left-cathodal/right-anodal and left-anodal/right-cathodal tDCS decreased hostility, sadness and self-pain perception. These decreased sensations after both active tDCS suggest a common role for left and right DLPFC in personal distress modulation. However, the differences in arousal and valence evaluations point to distinct roles of lateralized DLPFC in cognitive empathy, probably through distinct emotion regulation mechanisms.

Regional and hemispheric determinants of language laterality: Implications for preoperative fMRI.

Language is typically a function of the left hemisphere but the right hemisphere is also essential in some healthy individuals and patients. This inter-subject variability necessitates the localization of language function, at the individual level, prior to neurosurgical intervention. Such assessments are typically made by comparing left and right hemisphere language function to determine "language lateralization" using clinical tests or fMRI. Here, we show that language function needs to be assessed at the region and hemisphere specific level, because laterality measures can be misleading. Using fMRI data from 82 healthy participants, we investigated the degree to which activation for a semantic word matching task was lateralized in 50 different brain regions and across the entire cortex. This revealed two novel findings. First, the degree to which language is lateralized across brain regions and between subjects was primarily driven by differences in right hemisphere activation rather than differences in left hemisphere activation. Second, we found that healthy subjects who have relatively high left lateralization in the angular gyrus also have relatively low left lateralization in the ventral precentral gyrus. These findings illustrate spatial heterogeneity in language lateralization that is lost when global laterality measures are considered. It is likely that the complex spatial variability we observed in healthy controls is more exaggerated in patients with brain damage. We therefore highlight the importance of investigating within hemisphere regional variations in fMRI activation, prior to neuro-surgical intervention, to determine how each hemisphere and each region contributes to language processing. Hum Brain Mapp, 2010. © 2010 Wiley-Liss, Inc.