Développement et fonctionnement des mécanismes de résonance motrice chez l'humain

La découverte dans le cerveau du singe macaque de cellules visuo-motrices qui répondent de façon identique à la production et la perception d’actes moteurs soutient l’idée que ces cellules, connues sous le nom de neurones-miroirs, encoderaient la représentation d’actes moteurs. Ces neurones, et le système qu’ils forment, constitueraient un système de compréhension moteur; par delà la simple représentation motrice, il est également possible que ce système participe à des processus de haut niveau en lien avec la cognition sociale. Chez l’humain adulte, des études d’imagerie récentes montrent d’importants chevauchements entre les patrons d’activité liés à l’exécution d’actes moteurs et ceux associés à la perception d’actions. Cependant, malgré le nombre important d’études sur ce système de résonance motrice, étonnamment peu se sont penchées sur les aspects développementaux de ce mécanisme, de même que sa relation avec certaines habiletés sociales dans la population neurotypique. De plus, malgré l’utilisation répandue de certaines techniques neurophysiologiques pour quantifier l’activité de ce système, notamment l’électroencéphalographie et la stimulation magnétique transcrânienne, on ignore en grande partie la spécificité et la convergence de ces mesures dans l’étude des processus de résonance motrice. Les études rassemblées ici visent à combler ces lacunes, c'est-à-dire (1) définir l’existence et les propriétés fonctionnelles du système de résonance motrice chez l’enfant humain, (2) établir le lien entre ce système et certaines habiletés sociales spécifiques et (3) déterminer la validité des outils d’investigation couramment utilisés pour mesurer son activité. Dans l’article 1, l’électroencéphalographie quantitative est utilisée afin de mesurer l’activité des régions sensorimotrices chez un groupe d’enfants d’âge scolaire durant la perception d’actions de la main. On y démontre une modulation de l’activité du rythme mu aux sites centraux non seulement lors de l’exécution de tâches motrices, mais également lors de l’observation passive d’actions. Ces résultats soutiennent l’hypothèse de l’existence d’un système de résonance motrice sensible aux représentations visuelles d’actes moteurs dans le cerveau immature. L’article 2 constitue une étude de cas réalisée chez une jeune fille de 12 ans opérée pour épilepsie réfractaire aux médicaments. L’électroencéphalographie intracrânienne est utilisée afin d’évaluer le recrutement du cortex moteur lors de la perception de sons d’actions. On y montre une modulation de l’activité du cortex moteur, visible dans deux périodes distinctes, qui se reflètent par une diminution de la puissance spectrale des fréquences beta et alpha. Ces résultats soutiennent l’hypothèse de l’existence d’un système de résonance motrice sensible aux représentations auditives d’actions chez l’enfant. L’article 3 constitue une recension des écrits portant sur les données comportementales et neurophysiologiques qui suggèrent la présence d’un système de compréhension d’action fonctionnel dès la naissance. On y propose un modèle théorique où les comportements d’imitation néonataux sont vus comme la résultante de mécanismes d’appariement moteurs non inhibés. Afin de mesurer adéquatement la présence de traits empathiques et autistique dans le but de les mettre en relation avec l’activité du système de résonance motrice, l’article 4 consiste en une validation de versions françaises des échelles Empathy Quotient (Baron-Cohen & Wheelwright, 2004) et Autism Spectrum Quotient (Baron-Cohen et al., 2001) qui seront utilisées dans l’article 5. Les versions traduites de ces échelles ont été administrées à 100 individus sains et 23 personnes avec un trouble du spectre autistique. Les résultats répliquent fidèlement ceux obtenus avec les questionnaires en version anglaise, ce qui suggère la validité des versions françaises. Dans l’article 5, on utilise la stimulation magnétique transcrânienne afin d’investiguer le décours temporel de l’activité du cortex moteur durant la perception d’action et le lien de cette activité avec la présence de traits autistiques et empathiques chez des individus normaux. On y montre que le cortex moteur est rapidement activé suivant la perception d’un mouvement moteur, et que cette activité est corrélée avec les mesures sociocognitives utilisées. Ces résultats suggèrent l’existence d’un système d’appariement moteur rapide dans le cerveau humain dont l’activité est associée aux aptitudes sociales. L’article 6 porte sur la spécificité des outils d’investigation neurophysiologique utilisés dans les études précédentes : la stimulation magnétique transcrânienne et l’électroencéphalographie quantitative. En utilisant ces deux techniques simultanément lors d’observation, d’imagination et d’exécution d’actions, on montre qu’elles évaluent possiblement des processus distincts au sein du système de résonance motrice. En résumé, cette thèse vise à documenter l’existence d’un système de résonance motrice chez l’enfant, d’établir le lien entre son fonctionnement et certaines aptitudes sociales et d’évaluer la validité et la spécificité des outils utilisés pour mesurer l’activité au sein de ce système. Bien que des recherches subséquentes s’avèrent nécessaires afin de compléter le travail entamé ici, les études présentées constituent une avancée significative dans la compréhension du développement et du fonctionnement du système de résonance motrice, et pourraient éventuellement contribuer à l’élaboration d’outils diagnostiques et/ou de thérapeutiques chez des populations où des anomalies de ce système ont été répertoriées.

Les effets de la similarité physique dans l’observation d’actions : études comportementales et neurophysiologiques

Il a été suggéré que la similarité physique entre un observateur et une action observée facilite la perception et la compréhension d’action. Par exemple, l’observation d’un acteur exécutant des gestes de la main ayant une signification culturelle est associée à une augmentation de l’excitabilité corticospinale lorsque les deux individus sont de la même ethnicité (Molnar-Szakacs et al., 2007). La perception tactile serait également facilitée lorsqu’un individu regarde un modèle de sa propre race être touché (Serino et al., 2009), tandis que des études en imagerie cérébrale fonctionnelle suggèrent la présence d’activations plus importantes dans le cortex cingulaire lorsqu’un sujet observe une personne de son propre groupe racial ressentir de la douleur (Xu et al., 2009). Certaines études ont lié ces résultats à un mécanisme de résonance motrice, possiblement associé au système des neurones miroirs (SNM), suggérant que la représentation de l’action dans les aires motrices est facilitée par la similarité physique. Toutefois, la grande majorité des stimuli utilisés dans ces études comportent une composante émotionnelle ou culturelle pouvant masquer les effets purement moteurs liant la similarité physique à un mécanisme de résonance motrice. De plus, la sélectivité de l’activation du SNM face à des stimuli biologiques a récemment été remise en question en raison de biais méthodologiques. La présente thèse présente trois études visant à évaluer l’effet de la similarité physique et des caractéristiques biologiques d’un mouvement sur la résonance motrice à l’aide de mesures comportementales et neurophysiologiques. À cet effet, l’imitation automatique de mouvements de la main, l’excitabilité corticospinale et la désynchronisation du rythme électroencéphalographique mu ont servi de marqueurs de l’activité du SNM. Dans les trois études présentées, la couleur de la peau et l’aspect biologique du stimulus observé ou imité ont été systématiquement manipulés. Nos données confirment la sélectivité du SNM pour le mouvement biologique en démontrant une réponse imitative plus rapide et une désynchronisation du rythme mu plus prononcée lors de la présentation de stimuli biologiques comparativement à des stimuli non-biologiques répliquant les aspects physiques du mouvement humain. Les deux mêmes mesures montrent une réponse neurophysiologique et comportementale équivalente lorsque l’action est exécutée par un agent de couleur similaire ou dissimilaire au participant. Nous rapportons aussi un effet surprenant de la similarité physique sur l’excitabilité corticospinale, où l’observation d’une action exécutée par un agent de couleur différente est associée à une activation plus grande du cortex moteur primaire droit de participants de sexe féminin. Prises dans leur ensemble, ces données suggèrent que la similarité physique avec une action observée ne module généralement pas l’activité du SNM au niveau des aires sensorimotrices en l’absence de composantes culturelles et émotionnelles. De plus, les résultats présentés suggèrent que le SNM est sélectif au mouvement biologique plutôt qu’à l’aspect kinématique du mouvement.

Musiquer : plaidoyer évolutionniste transdisciplinaire

Le sujet prend appui sur une hypothèse : à l’origine, la musique est un phénomène culturel et biologique, social (et donc pas privé) et communautaire (et donc pas individuel). Les travaux de plusieurs théoriciens évolutionnistes du langage et/ou de la musique étayent l’hypothèse selon laquelle l’objet de la musique dépasse l’opposition nature-culture. Quelle est alors l’influence de ces caractéristiques sur l’apparition de la musicalité ou d’une faculté de musique ? Pour avancer dans notre réflexion, nous mesurons la contribution des recherches sur les amusies quant à la question des origines de la musique. Par la suite, nous étudions le rapport entre l’intentionnalité et l’évolution de la musique. Nous nous concentrons sur la nature sociale du phénomène musical, puis proposons l'intégration de la caractérisation biologique et sociale de la musique dans une conception institutionnelle et communautaire. Ainsi fondée philosophiquement, notre hypothèse de départ devient le véhicule du dépassement disciplinaire convoité. Enfin, certaines options proposées par différents auteurs décrivant la contribution de la musique au développement de réseaux neuronaux à la propriété miroir sont évoquées. Et nous tentons de répondre à cette question, inévitable : la musique peut-elle, étant donné son caractère irréductiblement culturel, social et communautaire, entretenir des connexions neuronales? Nous examinons notamment à cette fin les implications de la théorie du chaos et des résultats des simulations informatiques multi-agents.

La représentation auditive motrice reflétée par la négativité de discordance chez l’enfant présentant un trouble du spectre de l’autisme

Il est maintenant bien établi que le cerveau humain est doté d’un système de neurones qui s’active tant à la perception qu’à l’exécution d’une action. Les neurones miroirs, ainsi que le système qu’ils forment avec des structures adjacentes appelées système neurones miroirs (SNM), ont été relié à la compréhension d’action et pourrait être impliqué dans les fonctions sociales de haut niveau tel que l’empathie et l’imitation. Dans la foulée spéculative reliant le SNM à la sphère sociale, le dysfonctionnement de ce système a rapidement gagné intérêt dans la genèse des anomalies du domaine social chez les personnes présentant le Trouble du spectre de l’autisme (TSA). Néanmoins, l’hypothèse voulant que le dysfonctionnement social des TSA repose sur une atteinte du SNM est controversée. En effet, les études soutenant cette hypothèse nécessitent des fonctions cognitives et sociales qui peuvent contribuer à l’obtention de résultats atypiques, telles que la compréhension des consignes, l’attention sur des stimuli sociaux ou la réalisation d’acte moteur. Récemment, un protocole auditif de négativité de discordance (MMN) utilisant des stimuli reliés à l’action humaine a été utilisé pour mesurer l’activité du SNM. Cette technique semble prometteuse dans la mesure où elle ne nécessite pas de capacités attentionnelles ou langagières, elle est brève et demande un montage minimal d’électrodes. Le premier article avait comme objectif principal de mesurer la validité de convergence du protocole MMN relié à l’action avec celui du rythme mu, le protocole le plus utilisé pour enregistrer l’activité miroir à l’aide de l’électroencéphalographie (EEG). Les modes de stimulation ont été délivrées en bloc successif à un groupe de 12 adultes en santé. Alors que les deux techniques ont modulé efficacement les régions fronto-centrales et centrales respectivement, mais ne sont pas corrélées, nous avons conclu qu’il est possible 2 qu’elles mesurent des aspects différents du SNM. Le deuxième article avait comme objectif principal de mesurer l’activité du SNM à l’aide du protocole MMN relié à l’action chez 10 enfants présentant un TSA ainsi que chez 12 enfants neurotypiques dans la même tranche d’âge (5-7ans). Chez les enfants TSA, nous avons montré un patron de latence inversée, comparativement aux enfants du groupe contrôle; ils traitaient plus rapidement les sons contrôles que les sons reliés à l’action humaine, alors que la tendance inverse était observée chez les contrôles. De plus, bien que les deux groupes différaient quant aux sons d’action, ils ne différaient pas quant aux sons contrôles. Quant à l’amplitude, les enfants TSA se distinguaient du groupe contrôle par une amplitude restreinte du son d’action provenant de la bouche. Par ailleurs, les mesures neurophysiologiques et neuropsychologiques n’étaient pas corrélées. En sommes, basé sur la prémisse que ce protocole MMN pourrait mesurer l’activité du SNM, cette thèse a comme but d’améliorer les connaissances quant à son utilisation chez l’adulte et l’enfant neurotypique ainsi que chez l’enfant TSA. Celui-ci pourrait ultimement être utilisé comme un biomarqueur potentiel du TSA.

Rêves et émotions chez des sujets souffrant du trouble comportemental en sommeil paradoxal

Le trouble comportemental en sommeil paradoxal (TCSP) est caractérisé par des rêves intenses et une perte de l’atonie musculaire normalement présente au cours du sommeil paradoxal qui permet l’apparition de comportements oniriques isomorphiques au contenu des rêves. Quelques chercheurs ont étudié le contenu des rêves des patients atteints du TCSP, plusieurs ont trouvé une plus grande présence de thèmes menaçants et agressifs, d’autres ont obtenu des résultats plus mitigés. Ces études comportent des failles méthodologiques importantes, comme l’absence d’un groupe contrôle ou l’inclusion de patients consommant une médication psychoactive. La présence de rêves à caractère dysphorique a été associée, dans d’autres populations, à une psychopathologie marquée et à des difficultés émotionnelles, et cette association, quoiqu’inexplorée pourrait aussi être présente chez patients ayant un TCSP. La raison pour laquelle ces patients font des rêves plus dysphoriques est encore largement inconnue, de même qu’une partie des mécanismes qui génèrent les comportements oniriques. Le but du premier article de cette thèse était de mesurer l’alexithymie et la détresse des cauchemars chez les patients atteints du TCSP par rapport à des contrôles. Les résultats indiquent que les patients souffrent davantage d’alexithymie, et particulièrement d’une difficulté à identifier leurs émotions et qu’elle corrélait avec la détresse due aux cauchemars. Le second article estimait, à l'aide d'un questionnaire validé, la présence de rêves, la diversité des thèmes des rêves chez les patients et examinait leurs thèmes au cours de leur vie. Les patients rapportaient beaucoup plus de cauchemars et plus de thèmes à caractère menaçant, comme des agressions, des catastrophes, et des rêves où le rêveur a peu de contrôle. Le troisième article avait pour objectif de clarifier les écarts dans les résultats des études sur les rêves des patients, c'est-à-dire déterminer si l'agressivité rapportée par ces patients est vraiment une différence au niveau du contenu des rêves, ou s'il s'agit plutôt d'un problème dû à la détresse liée aux rêves. Un second objectif était de mesurer le degré de corrélation entre les comportements à l’éveil, comme les comportements miroirs, et les comportements oniriques chez les patients. L’article démontre que les patients ressentaient une plus grande détresse à l'éveil en lien avec leurs expériences oniriques et que leurs rêves étaient plus dysphoriques et contenaient plus d'anxiété. De plus, leurs résultats au questionnaire de comportements miroirs corrélaient avec la sévérité de leurs comportements oniriques, ce qui suggère que le système de neurones miroirs pourrait avoir une influence sur les manifestations de ces comportements chez les patients. Globalement, ces résultats suggèrent que des difficultés au niveau de la régulation émotionnelle pourraient expliquer à la fois les symptômes émotionnels à l’éveil et les difficultés nocturnes des patients. Nous suggérons qu'un déficit au niveau des régions régulatrices frontales pourrait être à la base des différentes difficultés éprouvées par les patients. De plus, il est possible que des anomalies au niveau du système de neurones miroirs aient à la fois un impact sur la capacité des patients à réguler leurs émotions, mais aussi sur les manifestations de comportements oniriques.

Altered inhibitory synaptic transmission in superficial dorsal horn neurones in spastic and oscillator mice

The spastic (spa) and oscillator (ot) mouse have naturally occurring mutations in the inhibitory glycine receptor (GlyR) and exhibit severe motor disturbances when exposed to unexpected sensory stimuli. We examined the effects of the spa and ot mutations on GlyR- and GABA(A)R-mediated synaptic transmission in the superficial dorsal horn (SFDH), a spinal cord region where inhibition is important for nociceptive processing. Spontaneous mIPSCs were recorded from visually identified neurones in parasagittal spinal cord slices. Neurones received exclusively GABA(A)R-mediated mIPSCs, exclusively GlyR-mediated mIPSCs or both types of mIPSCs. In control mice (wild-type and spa/+) over 40 % of neurones received both types of mIPSCs, over 30 % received solely GABA(A)R-mediated mIPSCs and the remainder received solely GlyR-mediated mIPSCs. In spa/spa animals, 97 % of the neurones received exclusively GABA(A)ergic or both types of mIPSCs. In ot/ot animals, over 80 % of the neurones received exclusively GABA(A)R-mediated mIPSCs. GlyR-mediated mIPSC amplitude and charge were reduced in spa/spa and ot/ot animals. GABA,Rmediated mIPSC amplitude and charge were elevated in spa/spa but unaltered in ot/ot animals. GlyR- and GABA(A)R-mediated mIPSC decay times were similar for all genotypes, consistent with the mutations altering receptor numbers but not kinetics. These findings suggest the spastic and oscillator mutations, traditionally considered motor disturbances, also disrupt inhibition in a sensory region associated with nociceptive transmission. Furthermore, the spastic mutation results in a compensatory increase in GABA(A)ergic transmission in SFDH neurones, a form of inhibitory synaptic plasticity absent in the oscillator mouse.

Alpha-oestrogen and progestin receptor expression in the hypothalamus and preoptic area dopaminergic neurones during oestrous in cycling rats

A secretory surge of prolactin occurs on the afternoon of oestrous in cycling rats. Although prolactin is regulated by ovarian steroids, plasma oestradiol and progesterone levels do not vary during oestrous. Because prolactin release is tonically inhibited by hypothalamic dopamine and modulated by dopamine transmission in the preoptic area (POA), the present study aimed to evaluate whether oestrogen receptor (ER)-alpha and progestin receptor (PR) expression in the dopaminergic neurones of arcuate (ARC), periventricular, anteroventral periventricular (AVPe) and ventromedial preoptic (VMPO) nuclei changes during the day of oestrous. Cycling rats were perfused every 2 h from 10-20 h on oestrous. Brain sections were double-labelled to ER alpha or PR and tyrosine hydroxylase (TH). The number of TH-immunoreactive (ir) neurones did not vary significantly in any area evaluated. ER alpha expression in TH-ir neurones increased at 14 and 16 h in the rostral-ARC and dorsomedial-ARC, 14 h in the caudal-ARC and 16 h in the VMPO, whereas it was unaltered in the ventrolateral-ARC, periventricular and AVPe. PR expression in TH-ir neurones of the periventricular and rostral, dorsomedial, ventrolateral and caudal-ARC decreased transitorily during the afternoon, showing the lowest levels between 14 and 16 h; but it did not vary in the AVPe and VMPO. Plasma oestradiol and progesterone concentrations were low and unaltered during oestrous, indicating that the changes in receptors expression were probably not due to variation in ligand levels. Thus, our data suggest that variations in ER alpha and PR expression may promote changes in the activity of medial basal hypothalamus and POA dopaminergic neurones, even under unaltered secretion of ovarian steroids, which could facilitate the occurrence and modulate the magnitude of the prolactin surge on oestrous.

Activity of Hypothalamic Dopaminergic Neurones During the Day of Oestrus: Involvement in Prolactin Secretion

A secretory surge of prolactin occurs on the afternoon of oestrus in cycling rats. Pituitary prolactin is inhibited by dopamine. We evaluated the activity of the neuroendocrine dopaminergic neurones during oestrus and dioestrus, as determined by dopaminergic activity in the median eminence and neurointermediate lobe of the pituitary, as well as Fos-related antigen expression in tyrosine hydroxylase (TH)-immunoreactive (ir) neurones of the arcuate nucleus (ARC) and periventricular nucleus (Pe). During oestrus, the 4-dihydroxyphenylacetic acid/dopamine ratio in the median eminence decreased at 16.00 h, coinciding with the increase in plasma prolactin levels. Similarly, the expression of Fos-related antigen in TH-ir neurones of Pe and rostral-, dorsomedial- and caudal-ARC also decreased at 16.00 h. On dioestrus, 4-dihydroxyphenylacetic acid/dopamine ratio in the median eminence and Fos-related antigen expression in TH-ir neurones of Pe and rostral-ARC decreased at 18.00 h, whereas prolactin levels were unaltered. No variation in dopaminergic activity was found in the neurointermediate lobe of the pituitary on either oestrus or dioestrus. The number of TH-ir neurones in the ARC and parameters of dopaminergic activity were found to be generally lower on oestrus compared to dioestrus. The transitory decrease in the activity of neuroendocrine dopaminergic neurones temporally associated with the prolactin surge on the afternoon of oestrus suggests a role for dopamine in the generation of the oestrous prolactin surge.

Medullary neurones regulate hypothalamic corticotropin-releasing factor cell responses to an emotional stressor

Hypothalamic-pituitary-adrenal axis activation is a hallmark of the stress response. In the case of physical stressors, there is considerable evidence that medullary catecholamine neurones are critical to the activation of the paraventricular nucleus corticotropin-releasing factor cells that constitute the apex of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis. In contrast, it has been thought that hypothalamic-pituitary-adrenal axis responses to emotional stressors do not involve brainstem neurones. To investigate this issue we have mapped patterns of restraint-induced neuronal c fos expression in intact animals and in animals prepared with either paraventricular nucleus-directed injections of a retrograde tracer, lesions of paraventricular nucleus catecholamine terminals, or lesions of the medulla corresponding to the A1 or A2 noradrenergic cell groups. Restraint-induced patterns of neuronal activation within the medulla of intact animals were very similar to those previously reported in response to physical stressors, including the fact that most stressor-responsive, paraventricular nucleus-projecting cells were certainly catecholaminergic and probably noradrenergic. Despite this, the destruction of paraventricular nucleus catecholamine terminals with 6-hydroxydopamine did not alter corticotropin-releasing factor cell responses to restraint. However, animals with ibotenic acid lesions encompassing either the A1 or A2 noradrenergic cell groups displayed significantly suppressed corticotropin-releasing factor cell responses to restraint. Notably, these medullary lesions also suppressed neuronal responses in the medial amygdala, an area that is now considered critical to hypothalamic-pituitary-adrenal axis responses to emotional stressors and that is also known to display a significant increase in noradrenaline turnover during restraint. We conclude that medullary neurones influence corticotropin-releasing factor cell responses to emotional stressors via a multisynaptic pathway that may involve a noradrenergic input to the medial amygdala. These results overturn the idea that hypothalamic-pituitary-adrenal axis response to emotional stressors can occur independently of the brainstem. (C) 2001 IBRO. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Pyramidal neurones in macaque visual cortex: Interareal phenotypic variation of dendritic branching patterns

The basal dendritic arbors of over 500-layer III pyramidal neurones of the macaque cortex were compared by fractal analyses, which provides a measure of the space filling (or branching pattern) of dendritic arbors. Fractal values (D) of individual cells were compared between the cytochrome oxidase (CO)-rich blobs and CO-poor interblobs, of middle and upper layer III, and between sublaminae, in the primary visual area (Vi). These data were compared with those in the CO compartments in the second visual area (V2), and seven other extrastriate cortical areas. (V4, MT, LIP, 7a, TEO, TE and STP). There were significant differences in the fractal dimensions, and therefore the dendritic branching patterns, of cells in striate and extrastriate areas. Of the 55 possible pairwise comparisons of fractal dimension of neurones in different cortical areas (or CO compartments), 39 proved to be significantly different. The markedly different morphologies of pyramidal cells in the different cortical areas may be one of the features that determine the functional signatures of these cells by influencing the number of inputs received by, and propagation of potentials through, their dendritic arbors.

An ATP-sensitive K+ conductance in dissociated neurones from adult rat intracardiac ganglia

1. An ATP-sensitive K+ (K-ATP) conductance has been identified using the perforated patch recording configuration in a population (52%) of dissociated neurones from adult rat intracardiac ganglia. The presence of the sulphonylurea receptor in approximately half of the intracardiac neurones was confirmed by labelling with fluorescent glibenclamide-BODIPY. 2. Under current clamp conditions in physiological solutions, leveromakalim (10 muM) evoked a hyperpolarization, which was inhibited by the sulphonylurea drugs glibenclamide and tolbutamide. 3. Under voltage clamp conditions in symmetrical (140 mM) K+ solutions, hath application of levcromakalim evoked an inward current with a density of similar to8 pA pF(-1) at -50 mV and a slope conductance of similar to9 nS, which reversed close to the potassium equilibrium potential (E-K). Cell dialysis with an ATP-free intracellular solution also evoked an inward current, which was inhibited by tolbutamide. 4. Bath application of either glibenclamide (10 muM) or tolbutamide (100 muM) depolarized adult intracardiac neurones by 3-5 mV, suggesting that a K-ATP conductance is activated under resting conditions and contributes to the resting membrane potential. 5. Activation of a membrane current by levcromakalim leas concentration dependent, with an EC50 of 1.6 muM. Inhibition of the levcromakalim-activated current by glibenclamide leas also concentration dependent, with an IC50 of 55 nM. 6. Metabolic inhibition with 2,4-dinitrophenol and iodoacetic acid or superfusion with hypoxic solution (P-O2 similar to 16 mmHg) also activated a membrane current. These currents exhibited similar I-P characteristics to the levcroinakalim-induced current and were inhibited by glibenclamide. 7. Activation of K-ATP channels in mammalian intracardiac neurones may contribute to changes in neural regulation of the mature heart and. cardiac function during ischaemia-reperfusion.

Ionic selectivity of native ATP-activated (P2X) receptor channels in dissociated neurones from rat parasympathetic ganglia

1. The relative permeability of the native P2X receptor channel to monovalent and divalent inorganic and organic cations was determined from reversal potential measurements of ATP-evoked currents in parasympathetic neurones dissociated from rat submandibular ganglia using the dialysed whole-cell patch clamp technique. 2. The P2X receptor-channel exhibited weak selectivity among the alkali metals with a selectivity sequence of Na+ > Li+ > Cs+ > Rb+ > K+, and permeability ratios relative to Cs+ (P-X/P-Cs) ranging from 1. 11 to 0.86. 3. The selectivity for the divalent alkaline earth cations was also weak with the sequence Ca2+ > Sr2+ > Ba2+ > Mn2+ > Mg2+. ATP-evoked currents were strongly inhibited when the extracellular divalent cation concentration was increased. 4, The calculated permeability ratios of different ammonium cations are higher than those of the alkali metal cations. The permeability sequence obtained for the saturated organic cations is inversely correlated with the size of the cation. The unsaturated organic cations have a higher permeability than that predicted by molecular size. 5. Acidification to pH 6.2 increased the ATP-induced current amplitude twofold, whereas alkalization to 8.2 and 9.2 markedly reduced current amplitude. Cell dialysis with either anti-P2X(2) and/or anti-P2X(4) but not anti-P2X(1) antibodies attenuated the ATP-evoked current amplitude. Taken together, these data are consistent with homomeric and/or heteromeric P2X(2) and P2X(4) receptor subtypes expressed in rat submandibular neurones. 6. The permeability ratios for the series of monovalent organic cations, with the exception of unsaturated cations, were approximately related to the ionic size. The relative permeabilities of the monovalent inoganic and organic cations tested are similar to those reported previously for cloned rat P2X2 receptors expressed in mammalian cells.

Excited to death: different ways to lose your neurones

The selective loss of neurones in a range of neurodegenerative diseases is widely thought to involve the process of excitotoxicity, in which glutamate-mediated neuronal killing is elaborated through the excessive stimulation of cell-surface receptors. Every such disease exhibits a distinct regional and subregional pattern of neuronal loss. so processes must be locally triggered to different extents to account for this. We have studied several mechanisms which could lead to excitotoxic glutamate pathophysiology and compared them in different diseases. Our data suggest that glutamate can reach toxic extracellular levels in Alzheimer disease by malfunctions in cellular transporters, and that the toxicity may be exacerbated by continued glutamate release from presynaptic neurones acting on hypersensitive postsynaptic receptors. Thus the excitotoxicity is direct. In contrast, alcoholic brain damage arises in regions where GABA-mediated inhibition is deficient, and fails properly to dampen trans-synaptic excitation, Thus the excitotoxicity is indirect. A variety of such mechanisms is possible, which may combine in different ways.