Stabilité instrumentale en neuro imagerie fonctionnelle et structurelle

Dans ce mémoire, nous décrivons le travail effectué pour étendre nos connaissances sur les sources d’instabilité instrumentales en imagerie de résonance magnétique, en particulier dans le domaine anatomique par une étude où cinq adultes ont été scannés quatre fois dans la même plate-forme IRM, deux fois avant et deux fois après une mise à niveau importante d’un scanner 3T de Siemens. Les volumes de l’hippocampe droit et gauche de chaque sujet ont été mesurés avec une segmentation manuelle. Nous avons analysé la fiabilité test-retest avant et après la mise à niveau du système d’IRM. Dans le domaine fonctionnel, cinq adultes ont été scannés quatre fois dans la même plate forme IRM deux fois avant et deux fois après la même mise à niveau du scanneur. Les acquisitions du signal BOLD sont faites dans deux différentes résolutions spatiales (2x2x2mm et 4x4x4mm) pour évaluer la sensibilité du signal BOLD sous conditions de haute et basse SNR. Une dernière étude fonctionnelle sur fantôme avait pour but d’étudier la stabilité de la machine pour les images fonctionnelles et détecter les sources de bruit de type machine. La séquence EPI (Echo Planar Imaging) d’écho de gradient à deux dimensions a été utilisée. Des analyses comme le pourcentage des fluctuations et l’analyse de Fourier des résidus ont également été réalisées. Nous résultats indiquent que les différences dans le matériel provenant d’une importante mise à niveau ne peuvent pas compromettre la validité des études structurelles et fonctionnelles faites à travers la mise à niveau du scanneur. Les acquisitions quotidiennes ont permis de suivre l’évolution de la stabilité et de détecter toute source de bruit qui peut détériorer la détection des activations dans les images fonctionnelles.

Neurophysiologie du langage : apports de la neuro-imagerie et état des connaissances

International audience

Effets de la stimulation sousthalamique bilatérale sur la voix et la parole de patients parkinsoniens

La maladie de Parkinson (MP) est une maladie neurodégénérative atteignant 1-2% des¦personnes de plus de 60 ans (1). Ses signes cliniques ont été décrits par James Parkinson¦en 1817 dans : « An essay on the Shaking palsy» (2). Les signes cardinaux sont le¦tremblement de repos, la rigidité et la bradykinésie. Certaines définitions y ajoutent l'instabilité¦posturale. D'autres manifestations, non motrices, telles qu'une dysfonction autonome et¦sensitive, des troubles de l'humeur, des troubles du sommeil et des démences peuvent¦apparaître en cours d'évolution. Le traitement actuel de la MP est principalement¦pharmacologique. Il consiste en l'administration du précurseur de la dopamine, la levodopa¦(L-dopa). Pourtant, l'utilisation à long terme de la L-dopa induit des fluctuations motrices telles¦que dyskinésies et dystonies. Au cours du siècle dernier, de nombreux traitements¦chirurgicaux ont été tentés, en particulier des procédures ablatives (thalamotomie,¦pallidotomie, subthalamotomie). Elles ont le désavantage d'induire des séquelles non¦négligeables telles que des parésies et des troubles neurocognitifs. La chirurgie ablative a¦été abandonnée avec l'arrivée de la L-dopa dans les années 1960. Les limitations de la¦thérapie par la L-dopa associées aux améliorations de la neuro-imagerie, de la sécurité des¦procédures neurochirurgicales ainsi que des techniques d'implantation ont permis le¦développement de procédures stimulatrices dans les années 1990. La stimulation cérébrale¦profonde des noyaux sous-thalamiques est devenue une stratégie thérapeutique bien établie¦chez les patients atteints d'une MP avancée. Malgré une excellente réponse motrice des¦membres, l'impact de la stimulation cérébrale profonde sur la parole est controversé (2).¦Le but de cette étude est de déterminer l'influence aigüe des stimulateurs sous-thalamiques¦sur des paramètres objectifs et quantitatifs, ainsi que sur un paramètre subjectif de la¦dysarthrie parkinsonienne. Nous allons comparer dans notre groupe de patients deux¦conditions successives: patient avec stimulateurs éteints et sans médication (OFF/nm)¦versus avec stimulateurs allumés et sans médication (ON/nm). Nous allons ensuite effectuer¦des analyses statistiques afin de déterminer si les stimulateurs sous-thalamiques ont un effet¦aigu bénéfique ou non sur certains paramètres vocaux, puis sur l'intelligibilité globale de la¦parole. En effet, l'intelligibilité nous informe sur la capacité de communication du patient avec¦son entourage.

Vers une conception intégrative de la dépression du sujet âgé : structure cérébrale, cognition et personnalité

Contexte : la prévalence des épisodes dépressifs majeurs parmi la population âgée générale est de 1-4%. Plusieurs études proposent la dissociation entre la dépression à début tardive (late onset depression, LOD), plus souvent associée à des déficits neuropsychologiques, des lésions cérébrales et des facteurs de risque cardio-vasculaire, et la dépression à début précoce (early onset depression, EOD) associée, elle, aux facteurs génétiques et à certains profiles de personnalité. Toutefois, aucune étude transversale ou longitudinale n'a jusqu'à maintenant mesuré et comparé de façon concomitante les profiles cognitifs, la neuro-imagerie (IRM) et les profiles de personnalité des patients âgés LOD et EOD euthymiques. Méthodes : ce travail se base sur une étude menée par différents services des Hôpitaux Universitaires de Genève (HUG) et du Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) qui ont collaboré afin de recruter le collectif de patients dépressifs nécessaire. La partie expérimentale est divisée en deux parties. La première, transversale, compare 30 EOD, 11 LOD et 30 sujets contrôles, puis 38 EOD à 62 sujets contrôles. Une évaluation neuropsychologique, des évaluations des lésions et volumes cérébraux à l'IRM, ainsi que des traits de personnalité ont été effectuées. La deuxième partie, longitudinale, évalue sur 2 ans 28 patients EOD à 48 sujets contrôles avec les mêmes outils. Résultats : lors de la première partie, transversale, les performances cognitives et les volumes cérébraux sont préservés chez les patients EOD, alors que les patients LOD présentent une réduction significative de la mémoire épisodique et un taux plus élevé de lésions cérébrales périventriculaires (hyperintensités de la matière blanche) en comparaison avec les patients EOD et les sujets contrôles. Au niveau des traits de personnalité, les patients EOD sont associés à un niveau élevé de Névrosisme, en particulier les facettes Anxiété (N1) et Dépression (N3) mais diminué d'Extraversion, en particulier les facettes Chaleur (E1) et Emotions positives (E6). Dans la seconde partie, longitudinale, les performances cognitives et les volumes cérébraux des patients EOD sont restés, après les 2 ans de suivi (follow-up) comparables aux sujets contrôles. Les niveaux élevés du Névrosisme et sa facette Anxiété (N1) constatés au baseline diminuèrent pour atteindre un niveau normal. Les niveaux diminués des facettes Chaleur (E1) et Emotions positives (E6) au baseline ne persistèrent pas non plus. Seule la facette Dépression (N3) est restée chez les patients EOD significativement plus élevée que chez les sujets contrôles après les 2 ans de suivi. Conclusion : nos résultats supportent la dissociation entre EOD, associée à des facteurs génétiques et psychosociaux, et LOD associée aux facteurs de risque et comorbidités cardio-vasculaires. Après rémission d'un épisode dépressif aigu, les performances cognitives ainsi que les volumes cérébraux des patients EOD restent intactes au long terme, alors que le patient LOD garde des lésions cérébrales ainsi que des atteintes au niveau de la mémoire épisodique. Au niveau de la personnalité, la facette Dépression (N3) du domaine Névrosisme, connu pour être un facteur de risque de dépression, reste une caractéristique bien présente chez le patient EOD.

The roles of the somatosensory cortices in the perception of noxious and innocuous stimuli

Résumé Les premières études électrophysiologiques et anatomiques ont établi le rôle crucial du cortex somatosensoriel primaire et secondaire (SI et SII) dans le traitement de l'information somatosensorielle. Toutefois, les récentes avancées en techniques d’imagerie cérébrale ont mis en question leur rôle dans la perception somatosensorielle. La réorganisation du cortex somatosensoriel est un phénomène qui a été proposé comme cause de la douleur du membre fantôme chez les individus amputés. Comme la plupart des études se sont concentrées sur le rôle du SI, une étude plus approfondie est nécessaire. La présente série d'expériences implique une exploration du rôle des régions somatosensorielles dans la perception des stimuli douleureux et non-douleureux chez des volontaires sains et patients avec des douleurs de membre fantôme. La première étude expérimentale présentée dans le chapitre 3 est une méta-analyse des études de neuro-imagerie employant des stimuli nociceptifs chez des volontaires sains. En comparaison aux précédentes, la présente étude permet la génération de cartes quantitatives probabilistes permettant la localisation des régions activées en réponse à des stimuli nociceptifs. Le rôle du cortex somatosensoriel dans la perception consciente de stimuli chauds a été étudié dans le chapitre 4 grâce à une étude d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, dans laquelle des stimuli thermiques douloureux et non-douloureux ont été administrés de manière contrebalancée. Grâce à cette procédure, la perception de la chaleur fut atténuée par les stimuli douloureux, ce qui permit la comparaison des stimuli consciemment perçus avec ceux qui ne le furent pas. Les résultats ont montrés que les stimulations chaudes perçues ont engendré l’activation de l’aire SI controlatérale, ainsi que de la région SII. Grâce à l’évaluation clinique de patients amputés présentant une altération de leurs perceptions somatosensorielles, il est également possible de dessiner un aperçu des régions corticales qui sous-tendent ces modifications perceptuelles. Dans le chapitre 5 nous avons émis l'hypothèse proposant que les sensations du membre fantôme représentent un corrélat perceptuel de la réorganisation somatotopique des représentations sensorielles corticales. En effet, la réorganisation des sensations peut donner des indices sur les régions impliquées dans la genèse des sensations référées. Ainsi, un protocole d’évaluation sensoriel a été administré à un groupe de patients affligés de douleur au niveau du membre fantôme. Les résultats ont montré que, contrairement aux études précédentes, les sensations diffèrent grandement selon le type et l'intensité des stimuli tactiles, sans évidence de la présence d’un modèle spatialement localisé. Toutefois, les résultats actuels suggèrent que les régions corticales à champs récepteurs bilatéraux présentent également des modifications en réponse à une déafférentation. Ces études présentent une nouvelle image des régions corticales impliquées dans la perception des stimuli somatosensoriels, lesquelles comprennent les aires SI et SII, ainsi que l'insula. Les résultats sont pertinents à notre compréhension des corrélats neurologiques de la perception somatosensorielle consciente.

Microstructural and metabolic changes in the brains of concussed athletes

Les commotions cérébrales ont longtemps été considérées comme une blessure ne comportant que peu ou pas de conséquences. Cependant, la mise à la retraite forcée de plusieurs athlètes de haut niveau, liée au fait d'avoir subi des commotions cérébrales multiples, a porté cette question au premier plan de la culture scientifique et sportive. Malgré la sensibilisation croissante du public et la compréhension scientifique accrue des commotions cérébrales, il reste encore beaucoup d’inconnus au sujet de ces blessures. En effet, il est difficile de comprendre comment cette atteinte peut avoir des effets si profonds malgré le fait qu’elle n’entraîne apparemment pas de conséquences physiques apparentes lorsque les techniques traditionnelles d’imagerie cérébrale sont utilisées. Les techniques de neuroimagerie fonctionnelle ont cependant contribué à répondre aux nombreuses questions entourant les conséquences des commotions cérébrales ainsi qu'à accroître la compréhension générale de la physiopathologie de commotions cérébrales. Bien que les techniques de base telles que l'imagerie structurelle comme les scans TC et IRM soient incapables de détecter des changements structurels dans la grande majorité des cas (Ellemberg, Henry, Macciocchi, Guskiewicz, & Broglio, 2009; Johnston, Ptito, Chankowsky, & Chen, 2001), d'autres techniques plus précises et plus sensibles ont été en mesure de détecter avec succès des changements dans le cerveau commotionné. Des études d’IRM fonctionelle ont entre autres établi une solide relation entre les altérations fonctionnelles et les symptômes post-commotionels (Chen, Johnston, Collie, McCrory, & Ptito, 2007; Chen et al., 2004; Chen, Johnston, Petrides, & Ptito, 2008; Fazio, Lovell, Pardini, & Collins, 2007). Les mesures électrophysiologiques telles que les potentiels évoqués cognitifs (ERP) (Gaetz, Goodman, & Weinberg, 2000; Gaetz & Weinberg, 2000; Theriault, De Beaumont, Gosselin, Filipinni, & Lassonde, 2009; Theriault, De Beaumont, Tremblay, Lassonde, & Jolicoeur, 2010) et la stimulation magnétique transcrânienne ou SMT (De Beaumont, Brisson, Lassonde, & Jolicoeur, 2007; De Beaumont, Lassonde, Leclerc, & Theoret, 2007; De Beaumont et al., 2009) ont systématiquement démontré des altérations fonctionnelles chez les athlètes commotionnés. Cependant, très peu de recherches ont tenté d'explorer davantage certaines conséquences spécifiques des commotions cérébrales, entre autres sur les plans structural et métabolique. La première étude de cette thèse a évalué les changements structurels chez les athlètes commotionnés à l’aide de l'imagerie en tenseur de diffusion (DTI) qui mesure la diffusion de l'eau dans la matière blanche, permettant ainsi de visualiser des altérations des fibres nerveuses. Nous avons comparé les athlètes commotionnés à des athlètes de contrôle non-commotionnés quelques jours après la commotion et de nouveau six mois plus tard. Nos résultats indiquent un patron constant de diffusion accrue le long des voies cortico-spinales et dans la partie du corps calleux reliant les régions motrices. De plus, ces changements étaient encore présents six mois après la commotion, ce qui suggère que les effets de la commotion cérébrale persistent bien après la phase aiguë. Les deuxième et troisième études ont employé la spectroscopie par résonance magnétique afin d'étudier les changements neurométaboliques qui se produisent dans le cerveau commotionné. La première de ces études a évalué les changements neurométaboliques, les aspects neuropsychologiques, et la symptomatologie dans la phase aiguë post-commotion. Bien que les tests neuropsychologiques aient été incapables de démontrer des différences entre les athlètes commotionnés et non-commotionnés, des altérations neurométaboliques ont été notées dans le cortex préfrontal dorsolatéral ainsi que dans le cortex moteur primaire, lesquelles se sont avérées corréler avec les symptômes rapportés. La deuxième de ces études a comparé les changements neurométaboliques immédiatement après une commotion cérébrale et de nouveau six mois après l’atteinte. Les résultats ont démontré des altérations dans le cortex préfrontal dorsolatéral et moteur primaire dans la phase aiguë post-traumatique, mais seules les altérations du cortex moteur primaire ont persisté six mois après la commotion. Ces résultats indiquent que les commotions cérébrales peuvent affecter les propriétés physiques du cerveau, spécialement au niveau moteur. Il importe donc de mener davantage de recherches afin de mieux caractériser les effets moteurs des commotions cérébrales sur le plan fonctionnel.

Quantitative functional MRI of the Cerebrovascular Reactivity to CO2

Le dioxyde de carbone (CO2) est un résidu naturel du métabolisme cellulaire, la troisième substance la plus abondante du sang, et un important agent vasoactif. À la moindre variation de la teneur en CO2 du sang, la résistance du système vasculaire cérébral et la perfusion tissulaire cérébrale subissent des changements globaux. Bien que les mécanismes exacts qui sous-tendent cet effet restent à être élucidés, le phénomène a été largement exploité dans les études de réactivité vasculaire cérébrale (RVC). Une voie prometteuse pour l’évaluation de la fonction vasculaire cérébrale est la cartographie de la RVC de manière non-invasive grâce à l’utilisation de l’Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf). Des mesures quantitatives et non-invasives de de la RVC peuvent être obtenus avec l’utilisation de différentes techniques telles que la manipu- lation du contenu artériel en CO2 (PaCO2) combinée à la technique de marquage de spin artériel (Arterial Spin Labeling, ASL), qui permet de mesurer les changements de la perfusion cérébrale provoqués par les stimuli vasculaires. Toutefois, les préoccupations liées à la sensibilité et la fiabilité des mesures de la RVC limitent de nos jours l’adoption plus large de ces méthodes modernes de IRMf. J’ai considéré qu’une analyse approfondie ainsi que l’amélioration des méthodes disponibles pourraient apporter une contribution précieuse dans le domaine du génie biomédical, de même qu’aider à faire progresser le développement de nouveaux outils d’imagerie de diagnostique. Dans cette thèse je présente une série d’études où j’examine l’impact des méthodes alternatives de stimulation/imagerie vasculaire sur les mesures de la RVC et les moyens d’améliorer la sensibilité et la fiabilité de telles méthodes. J’ai aussi inclus dans cette thèse un manuscrit théorique où j’examine la possible contribution d’un facteur méconnu dans le phénomène de la RVC : les variations de la pression osmotique du sang induites par les produits de la dissolution du CO2. Outre l’introduction générale (Chapitre 1) et les conclusions (Chapitre 6), cette thèse comporte 4 autres chapitres, au long des quels cinq différentes études sont présentées sous forme d’articles scientifiques qui ont été acceptés à des fins de publication dans différentes revues scientifiques. Chaque chapitre débute par sa propre introduction, qui consiste en une description plus détaillée du contexte motivant le(s) manuscrit(s) associé(s) et un bref résumé des résultats transmis. Un compte rendu détaillé des méthodes et des résultats peut être trouvé dans le(s) dit(s) manuscrit(s). Dans l’étude qui compose le Chapitre 2, je compare la sensibilité des deux techniques ASL de pointe et je démontre que la dernière implémentation de l’ASL continue, la pCASL, offre des mesures plus robustes de la RVC en comparaison à d’autres méthodes pulsés plus âgées. Dans le Chapitre 3, je compare les mesures de la RVC obtenues par pCASL avec l’utilisation de quatre méthodes respiratoires différentes pour manipuler le CO2 artérielle (PaCO2) et je démontre que les résultats peuvent varier de manière significative lorsque les manipulations ne sont pas conçues pour fonctionner dans l’intervalle linéaire de la courbe dose-réponse du CO2. Le Chapitre 4 comprend deux études complémentaires visant à déterminer le niveau de reproductibilité qui peut être obtenu en utilisant des méthodes plus récentes pour la mesure de la RVC. La première étude a abouti à la mise au point technique d’un appareil qui permet des manipulations respiratoires du CO2 de manière simple, sécuritaire et robuste. La méthode respiratoire améliorée a été utilisée dans la seconde étude – de neuro-imagerie – où la sensibilité et la reproductibilité de la RVC, mesurée par pCASL, ont été examinées. La technique d’imagerie pCASL a pu détecter des réponses de perfusion induites par la variation du CO2 dans environ 90% du cortex cérébral humain et la reproductibilité de ces mesures était comparable à celle d’autres mesures hémodynamiques déjà adoptées dans la pratique clinique. Enfin, dans le Chapitre 5, je présente un modèle mathématique qui décrit la RVC en termes de changements du PaCO2 liés à l’osmolarité du sang. Les réponses prédites par ce modèle correspondent étroitement aux changements hémodynamiques mesurés avec pCASL ; suggérant une contribution supplémentaire à la réactivité du système vasculaire cérébral en lien avec le CO2.

Le rôle des réponses cardiovasculaires et respiratoires sur la cognition chez les jeunes et les ainés sains

En plus de contribuer à améliorer la santé de façon générale, l’activité physique chronique pourrait modérer le déclin cognitif associé au vieillissement normal et pathologique (Colcombe et Kramer, 2003; Heyn et al., 2004). Plus précisément, la pratique à long terme d’activités cardiovasculaires aurait des effets positifs sur la cognition des ainés et plus particulièrement sur le contrôle attentionnel, un aspect précocement touché au cours du vieillissement (Raz, 2000; Bherer et al., 2008). Toutefois, les mécanismes par lesquels l’exercice physique aigu améliore la cognition demeurent limités. Malgré ses nombreuses implications théoriques et pratiques, la réponse aiguë de l’oxygénation cérébrale à l’exercice physique et sa relation avec la cognition sont trop peu étudiées. Cette thèse se consacre à cette question. Des études récentes en neuro-imagerie chez les jeunes adultes démontrent que la relation entre l’oxygénation cérébrale et l’intensité de l’exercice suit la forme d’un U inversé. Il existe un seuil au-delà duquel l’oxygénation cérébrale diminue avec l’augmentation de l’intensité de l’exercice. Supposant que les performances cognitives dépendent de la disponibilité de l’oxygène cérébral, cette relation en U inversé devrait affecter les performances cognitives. Avant de préciser le rôle exact de l’oxygénation cérébrale sur les fonctions cognitives, nous avons d’abord examiné le temps nécessaire pour que l’oxygénation cérébrale atteigne un état stable et la durée pendant laquelle cette période stable peut être maintenue lors de paliers de sept minutes à une puissance sous-maximale (40%, 60% et 85% de la puissance aérobie maximale). Nos résultats soulignent l’existence d’une relation inverse entre la durée de l’état stable et l’intensité de l’exercice. Suite à cette vérification méthodologique, la prochaine étape a été de tester la possible relation entre l’oxygénation cérébrale, l’intensité de l’exercice et les performances cognitives, au cours du processus de vieillissement. Les résultats de ces études démontrent que la chute de l’oxygénation cérébrale observée lors des exercices de haute intensité est associée avec une diminution des performances cognitives. Les résultats de cette thèse corrigent l’écart existant dans la documentation entre l’exercice, les fonctions cognitives et les mécanismes neurophysiologiques.

Le rôle des réponses cardiovasculaires et respiratoires sur la cognition chez les jeunes et les ainés sains

En plus de contribuer à améliorer la santé de façon générale, l’activité physique chronique pourrait modérer le déclin cognitif associé au vieillissement normal et pathologique (Colcombe et Kramer, 2003; Heyn et al., 2004). Plus précisément, la pratique à long terme d’activités cardiovasculaires aurait des effets positifs sur la cognition des ainés et plus particulièrement sur le contrôle attentionnel, un aspect précocement touché au cours du vieillissement (Raz, 2000; Bherer et al., 2008). Toutefois, les mécanismes par lesquels l’exercice physique aigu améliore la cognition demeurent limités. Malgré ses nombreuses implications théoriques et pratiques, la réponse aiguë de l’oxygénation cérébrale à l’exercice physique et sa relation avec la cognition sont trop peu étudiées. Cette thèse se consacre à cette question. Des études récentes en neuro-imagerie chez les jeunes adultes démontrent que la relation entre l’oxygénation cérébrale et l’intensité de l’exercice suit la forme d’un U inversé. Il existe un seuil au-delà duquel l’oxygénation cérébrale diminue avec l’augmentation de l’intensité de l’exercice. Supposant que les performances cognitives dépendent de la disponibilité de l’oxygène cérébral, cette relation en U inversé devrait affecter les performances cognitives. Avant de préciser le rôle exact de l’oxygénation cérébrale sur les fonctions cognitives, nous avons d’abord examiné le temps nécessaire pour que l’oxygénation cérébrale atteigne un état stable et la durée pendant laquelle cette période stable peut être maintenue lors de paliers de sept minutes à une puissance sous-maximale (40%, 60% et 85% de la puissance aérobie maximale). Nos résultats soulignent l’existence d’une relation inverse entre la durée de l’état stable et l’intensité de l’exercice. Suite à cette vérification méthodologique, la prochaine étape a été de tester la possible relation entre l’oxygénation cérébrale, l’intensité de l’exercice et les performances cognitives, au cours du processus de vieillissement. Les résultats de ces études démontrent que la chute de l’oxygénation cérébrale observée lors des exercices de haute intensité est associée avec une diminution des performances cognitives. Les résultats de cette thèse corrigent l’écart existant dans la documentation entre l’exercice, les fonctions cognitives et les mécanismes neurophysiologiques.

Simultaneous optimization by neuro-genetic approach for analysis of plant materials by laser induced breakdown spectroscopy

A simultaneous optimization strategy based on a neuro-genetic approach is proposed for selection of laser induced breakdown spectroscopy operational conditions for the simultaneous determination of macronutrients (Ca, Mg and P), micro-nutrients (B, Cu, Fe, Mn and Zn), Al and Si in plant samples. A laser induced breakdown spectroscopy system equipped with a 10 Hz Q-switched Nd:YAG laser (12 ns, 532 nm, 140 mJ) and an Echelle spectrometer with intensified coupled-charge device was used. Integration time gate, delay time, amplification gain and number of pulses were optimized. Pellets of spinach leaves (NIST 1570a) were employed as laboratory samples. In order to find a model that could correlate laser induced breakdown spectroscopy operational conditions with compromised high peak areas of all elements simultaneously, a Bayesian Regularized Artificial Neural Network approach was employed. Subsequently, a genetic algorithm was applied to find optimal conditions for the neural network model, in an approach called neuro-genetic, A single laser induced breakdown spectroscopy working condition that maximizes peak areas of all elements simultaneously, was obtained with the following optimized parameters: 9.0 mu s integration time gate, 1.1 mu s delay time, 225 (a.u.) amplification gain and 30 accumulated laser pulses. The proposed approach is a useful and a suitable tool for the optimization process of such a complex analytical problem. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effects of high-intensity aerobic interval training vs. moderate exercise on hemodynamic, metabolic and neuro-humoral abnormalities of young normotensive women at high familial risk for hypertension

Exercise training has an important role in the prevention and treatment of hypertension, but its effects on the early metabolic and hemodynamic abnormalities observed in normotensive offspring of hypertensive parents (FH+) have not been studied. We compared high-intensity interval (aerobic interval training, AIT) and moderate-intensity continuous exercise training (CMT) with regard to hemodynamic, metabolic and hormonal variables in FH+ subjects. Forty-four healthy FH+ women (25.0+/-4.4 years) randomized to control (ConFH+) or to a three times per week equal-volume AIT (80-90% of VO(2MAX)) or CMT (50-60% of VO(2MAX)) regimen, and 15 healthy women with normotensive parents (ConFH-; 25.3+/-3.1 years) had their hemodynamic, metabolic and hormonal variables analyzed at baseline and after 16 weeks of follow-up. Ambulatorial blood pressure (ABP), glucose and cholesterol levels were similar among all groups, but the FH+ groups showed higher insulin, insulin sensitivity, carotid-femoral pulse wave velocity (PWV), norepinephrine and endothelin-1 (ET-1) levels and lower nitrite/ nitrate (NOx) levels than ConFH- subjects. AIT and CMT were equally effective in improving ABP (P<0.05), insulin and insulin sensitivity (P<0.001); however, AIT was superior in improving cardiorespiratory fitness (15 vs. 8%; P<0.05), PWV (P<0.01), and BP, norepinephrine, ET-1 and NOx response to exercise (P<0.05). Exercise intensity was an important factor in improving cardiorespiratory fitness and reversing hemodynamic, metabolic and hormonal alterations involved in the pathophysiology of hypertension. These findings may have important implications for the exercise training programs used for the prevention of inherited hypertensive disorder. Hypertension Research (2010) 33, 836-843; doi:10.1038/hr.2010.72; published online 7 May 2010

Lipids, Mitochondria and Cell Death: Implications in Neuro-oncology

Polyunsaturated fatty acids (PUFAs) are known to inhibit cell proliferation of many tumour types both in vitro and in vivo. Their capacity to interfere with cell proliferation has been linked to their induction of reactive oxygen species (ROS) production in tumour tissues leading to cell death through apoptosis. However, the exact mechanisms of action of PUFAs are far from clear, particularly in brain tumours. The loss of bound hexokinase from the mitochondrial voltage-dependent anion channel has been directly related to loss of protection from apoptosis, and PUFAs can induce this loss of bound hexokinase in tumour cells. Tumour cells overexpressing Akt activity, including gliomas, are sensitised to ROS damage by the Akt protein and may be good targets for chemotherapeutic agents, which produce ROS, such as PUFAs. Cardiolipin peroxidation may be an initial event in the release of cytochrome c from the mitochondria, and enriching cardiolipin with PUFA acyl chains may lead to increased peroxidation and therefore an increase in apoptosis. A better understanding of the metabolism of fatty acids and eicosanoids in primary brain tumours such as gliomas and their influence on energy balance will be fundamental to the possible targeting of mitochondria in tumour treatment.

Hydromorphone-3-glucuronide - A more potent neuro-excitant than its structural analogue, morphine-3-glucuronide

In humans, hydromorphone (HMOR) is metabolised principally by conjugation with glucuronic acid to form hydromorphone-3-glucuronide (H3G), a close structural analogue of morphine-3-glucuronide (M3G), the major metabolite of morphine. In a previous study we described the biochemical synthesis of H3G together with a preliminary evaluation of its pharmacology which revealed that it is a neuro-excitant in rats in a manner analogous to M3G. Thus the aims of the current study were to quantify the neuro-excitatory behaviours evoked by intracerebroventricular (icv) H3G in the rat and to define its potency relative to M3G. Groups of adult male Sprague-Dawley rats received icy injections (1 muL) of H3G (1 - 3 mug), M3G (2 - 7 mug) or vehicle via a stainless steel guide cannula that had been implanted stereotaxically seven days prior to drug administration. Behavioural excitation was monitored by scoring fifteen different behaviours (myoclonic jerks, chewing, wet-dog-shakes, rearing, tonic-clonic-convulsions, explosive motor behaviour, grooming, exploring, general activity, eating, staring, ataxia, righting reflex, body posture, touch evoked agitation) immediately prior to icy injection and at the following post-dosing times: 5, 15, 25, 35, 50, 65 and 80 min. H3G produced dose-dependent behavioural excitation in a manner analogous to that reported previously for M3G by our laboratory and reproduced herein. H3G was found to be approximately 2.5-fold more potent than M3G, such that the mean (+/- S.D.) ED50 values were 2.3 (+/- 0.1) mug and 6.1 (+/- 0.6) mug respectively. Thus, our data clearly imply that if H3G crosses the BBB with equivalent efficiency to M3G, then the myoclonus, allodynia and seizures observed in some patients dosed chronically with large systemic doses of HMOR, are almost certainly due to the accumulation of sufficient H3G in the central nervous system, to evoke behavioural excitation. (C) 2001 Elsevier Science Inc. All rights reserved.

Neuro-angiostrongylosis in wild Black and Grey-headed flying foxes (Pteropus spp)

Objective To identify nematodes seen in histological sections of brains of flying foxes (fruit bats) and describe the associated clinical disease and pathology. Proceedures Gross and histological examination of brains from 86 free-living flying foxes with neurological disease was done as part of an ongoing surveillance program for Australian bat lyssavirus. Worms were recovered, or if seen in histological sections, extracted by maceration of half the brain and identified by microscopic examination. Histological archives were also reviewed. Results There was histological evidence of angiostrongylosis in 16 of 86 recently submitted flying foxes with neurological disease and in one archival case from 1992. In 10 flying foxes, worms were definitively identified as Angiostrongylus cantonensis fifth-stage larvae. A worm fragment and third stage larvae were identified as Angiostrongylus sp, presumably A cantonensis, in a further three cases. The clinical picture was dominated by paresis, particularly of the hind-limbs, and depression, with flying foxes surviving up to 22 days in the care of wildlife volunteers. Brains containing fifth-stage larvae showed a moderate to severe eosinophilic and granulomatous meningoencephalitis (n = 14), whereas there was virtually no inflammation of the brains of bats which died when infected with only smaller, third-stage larvae (n = 3). There was no histological evidence of pulmonary involvement. Conclusion This is the first report of the recovery and identification of A cantonensis from free-living Australian wildlife. While anglostrongylosis is a common cause of paresis in flying foxes, the initial clinical course cannot be differentiated from Australian bat lyssavirus infection, and wildlife carers should be urged not to attempt to rehabilitate flying foxes with neurological disease.