Slow waves in un modello di crescita tumorale

In questo elaborato ho analizzato un sistema di reazione-diffusione proposto come modello per descrivere un fenomeno di crescita tumorale. In particolare, è stato approfondito il processo in cui l'invasione neoplastica è originata dalla produzione di un eccesso di ioni acidi da parte delle cellule maligne. Il sistema preso in esame descrive l'andamento di tre grandezze: la concentrazione di tessuto sano, la concentrazione di tessuto maligno e l'eccesso di ioni acidi. Ho quindi cercato soluzioni compatibili con il sistema le quali fossero funzioni della tipologia travelling waves, ossia onde che si propagano lungo l'asse reale con un grafico fissato e ad una velocità costante. I risultati ottenuti in questo lavoro sono stati così suddivisi: nel Capitolo 1 viene descritto il processo di invasione tumorale dal punto di vista biologico, nel Capitolo 2 vengono forniti alcuni lemmi e proposizioni preliminari, nel Capitolo 3 viene calcolata un'approssimazione della soluzione del sistema tramite onde del tipo slow waves e infine nel Capitolo 4 sono state studiate la presenza e la larghezza dello spazio interstiziale, ossia di una regione situata tra il tessuto sano e quello neoplastico nella quale si registra una concentrazione di cellule, sia normali sia maligne, praticamente nulla. Infine, sono state rappresentate graficamente le soluzioni in tre possibili situazioni caratterizzate da un diverso parametro di aggressività del tumore.

Estudos analíticos dos grafoelementos do eletroencefalograma em sono: fusos do sono, ondas agudas do vértex e o gradiente de freqüência e amplitude, como indicadores de comprometimento neurológico na criança

Innumerable studies have focused been reported on the sleep spindles (SS), Sharp Vertex Waves (SVW) and REM, NREM Sleep as indicators interpreting EEG patterns in children. However, Frequency and Amplitud Gradient (FAG) is rarely cited sleep parameter in children,that occurs during NREM Sleep. It was first described by Slater and Torres, in 1979, but has not been routinely evaluated in EEG reports. The aim of this study was to assess the absence of SS, SVW and FAG, as an indication of neurological compromise in children. The sample consisted of 1014 EEGs of children referred to the Clinical Neurophysiology Laboratory, Hospital Universitário de Brasília (HUB), from January 1997 to March 2003, with ages ranging from 3 months to 12 years old, obtained in spontaneous sleep or induced by choral hydrate. The study was transversal and analytical, in which, visual analysis of EEG traces was perfumed individually and independently by two electroencephalographers without prior knowledge of the EEG study or neurological findings. After EEG selection, the investigators analyzed the medical reports in order to define and correlate neurological pattern was classified according to the presence or absence of neurological compromise, as Normal Neurological Pattern (NNP), and Altered Neurological Pattern (ANP) respectively. From the visual analysis of the EEG(s), it was possible to characterize 6 parameters: 1- FAG present (64,1%); 2- FAG absent (35,9%); 3 - normal SS (87,9%); 4 - altered SS s (12,1%); 5 - normal SVW s (95,7%); 6 - altered SVW s (4,3%). The prevalence of well-formed FAG is found in the 3 months to 5 years age group in the children with NNF. FAG was totally absent from the age of 10 years. When comparing the three sleep graphielements, it was observed that SVW and SS were predominant in children with NNF. However, FAG absent was more prevalent in the ANF than in altered SS an SVW. The statistical analysis showed that there is a strong association of FAG absent, with isolated alteration, in ANF patients, in that the prevalence ratio was 6,60. The association becomes stronger when FAG absent + altered SS(s) is considered (RP= 6,68). Chi-square test, corrected by Yates technique, showed a highly significant relation for FAG ρ= 0,00000001, for error X of 5%, or else the 95% confidence interval (ρ<0,05). Thus, the FAG absent were more expressive in ANF patient than altered SS(s) and SVW(s). The association becomes stronger in order to establish a prognostic relation, when the FAG is combined with the SS. The results os this study allow us to affirm that the FAG, when absent at ages ranging from 3 months to 5 years , is an indication of neurological compromise. FAG is an age-dependent EEG parameter and incorporated systematically, in the interpretation criteria of the EEG of children s sleep, not only in the maturational point of view, but also neurological disturbances with encephalic compromise

Changements corticaux et sous-corticaux des événements du sommeil lent au cours du vieillissement

Les avancées techniques et méthodologiques de la neuroscience ont permis de caractériser le sommeil comme un état actif et dynamique où des événements neuronaux cohésifs organisent les fonctions cérébrales. Les fuseaux de sommeil et les ondes lentes sont les marqueurs électroencéphalographiques de ces événements, et la mesure de leurs paramètres reflète et nuance les interactions neuronales à l’oeuvre pendant le sommeil lent. Considérant leur implication dans les fonctions hypniques et cognitives, les événements du sommeil lent sont particulièrement pertinents à l’étude du vieillissement, où l’intégrité de ces fonctions est mise au défi. Le vieillissement normal s’accompagne non seulement de réductions importantes des paramètres composant les événements du sommeil lent, mais aussi de modifications précises de l’intégrité anatomique et fonctionnelle du cerveau. Récemment, les études ont souligné la régulation locale des événements du sommeil lent, dont l’évolution avec l’âge demeure toutefois peu explorée. Le présent ouvrage se propose de documenter les liens unissant la neurophysiologie du sommeil, le vieillissement normal et l’activité régionale du cerveau par l’évaluation topographique et hémodynamique des événements du sommeil lent au cours du vieillissement. Dans une première étude, la densité, la durée, l’amplitude et la fréquence des fuseaux de sommeil ont été évaluées chez trois groupes d’âge au moyen de l’analyse topographique et paramétrique de l’électroencéphalogramme. Dans une seconde étude, les variations hémodynamiques associées à l’occurrence et modulées par l’amplitude des ondes lentes ont été évaluées chez deux groupes d’âge au moyen de l’électroencéphalographie combinée à l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. Globalement, les résultats obtenus ont indiqué : 1) une dichotomie des aires corticales antérieures et postérieures quant aux effets d’âge sur les paramètres des fuseaux de sommeil; 2) des variations de la réponse hémodynamique associées aux ondes lentes dans une diversité de régions corticales et sous-corticales chez les personnes âgées. Ces résultats suggèrent la réorganisation fonctionnelle de l’activité neuronale en sommeil lent à travers l’âge adulte, soulignent l’utilité et la sensibilité des événements du sommeil lent comme marqueurs de vieillissement cérébral, et encouragent la recherche sur l’évolution des mécanismes de plasticité synaptique, de récupération cellulaire et de consolidation du sommeil avec l’âge.

Equatorial waves in opposite QBO phases

A methodology for identifying equatorial waves is used to analyze the multilevel 40-yr ECMWF Re-Analysis (ERA-40) data for two different years (1992 and 1993) to investigate the behavior of the equatorial waves under opposite phases of the quasi-biennial oscillation (QBO). A comprehensive view of 3D structures and of zonal and vertical propagation of equatorial Kelvin, westward-moving mixed Rossby–gravity (WMRG), and n = 1 Rossby (R1) waves in different QBO phases is presented. Consistent with expectation based on theory, upward-propagating Kelvin waves occur more frequently during the easterly QBO phase than during the westerly QBO phase. However, the westward-moving WMRG and R1 waves show the opposite behavior. The presence of vertically propagating equatorial waves in the stratosphere also depends on the upper tropospheric winds and tropospheric forcing. Typical propagation parameters such as the zonal wavenumber, zonal phase speed, period, vertical wavelength, and vertical group velocity are found. In general, waves in the lower stratosphere have a smaller zonal wavenumber, shorter period, faster phase speed, and shorter vertical wavelength than those in the upper troposphere. All of the waves in the lower stratosphere show an upward group velocity and downward phase speed. When the phase of the QBO is not favorable for waves to propagate, their phase speed in the lower stratosphere is larger and their period is shorter than in the favorable phase, suggesting Doppler shifting by the ambient flow and a filtering of the slow waves. Tropospheric WMRG and R1 waves in the Western Hemisphere also show upward phase speed and downward group velocity, with an indication of their forcing from middle latitudes. Although the waves observed in the lower stratosphere are dominated by “free” waves, there is evidence of some connection with previous tropical convection in the favorable year for the Kelvin waves in the warm water hemisphere and WMRG and R1 waves in the Western Hemisphere, which is suggestive of the importance of convective forcing for the existence of propagating coupled Kelvin waves and midlatitude forcing for the existence of coupled WMRG and R1 waves.

Le sommeil comme marqueur du déclin cognitif dans la maladie de Parkinson

La maladie de Parkinson (MP) est une maladie neurodégénérative qui se caractérise principalement par la présence de symptômes moteurs. Cependant, d’autres symptômes, dits non moteurs, sont fréquents dans la MP et assombrissent le pronostic; ceux ci incluent notamment les désordres du sommeil et les troubles cognitifs. De fait, sur une période de plus de 10 ans, jusqu’à 90 % des patients avec la MP développeraient une démence. L’identification de marqueurs de la démence dans la MP est donc primordiale pour permettre le diagnostic précoce et favoriser le développement d’approches thérapeutiques préventives. Plusieurs études ont mis en évidence la contribution du sommeil dans les processus de plasticité cérébrale, d’apprentissage et de consolidation mnésique, notamment l’importance des ondes lentes (OL) et des fuseaux de sommeil (FS). Très peu de travaux se sont intéressés aux liens entre les modifications de la microarchitecture du sommeil et le déclin cognitif dans la MP. L’objectif de cette thèse est de déterminer, sur le plan longitudinal, si certains marqueurs électroencéphalographiques (EEG) en sommeil peuvent prédire la progression vers la démence chez des patients atteints de la MP. La première étude a évalué les caractéristiques des OL et des FS durant le sommeil lent chez les patients avec la MP selon qu’ils ont développé ou non une démence (MP démence vs MP sans démence) lors du suivi longitudinal, ainsi que chez des sujets contrôles en santé. Comparativement aux patients MP sans démence et aux sujets contrôles, les patients MP démence présentaient au temps de base une diminution de la densité, de l’amplitude et de la fréquence des FS. La diminution de l’amplitude des FS dans les régions postérieures était associée à de moins bonnes performances aux tâches visuospatiales chez les patients MP démence. Bien que l’amplitude des OL soit diminuée chez les deux groupes de patients avec la MP, celle ci n’était pas associée au statut cognitif lors du suivi. La deuxième étude a évalué les marqueurs spectraux du développement de la démence dans la MP à l’aide de l’analyse quantifiée de l’EEG en sommeil lent, en sommeil paradoxal et à l’éveil. Les patients MP démence présentaient une diminution de la puissance spectrale sigma durant le sommeil lent dans les régions pariétales comparativement aux patients MP sans démence et aux contrôles. Durant le sommeil paradoxal, l’augmentation de la puissance spectrale en delta et en thêta, de même qu’un plus grand ratio de ralentissement de l’EEG, caractérisé par un rapport plus élevé des basses fréquences sur les hautes fréquences, était associée au développement de la démence chez les patients avec la MP. D’ailleurs, dans la cohorte de patients, un plus grand ralentissement de l’EEG en sommeil paradoxal dans les régions temporo occipitales était associé à des performances cognitives moindres aux épreuves visuospatiales. Enfin, durant l’éveil, les patients MP démence présentaient au temps de base une augmentation de la puissance spectrale delta, un plus grand ratio de ralentissement de l’EEG ainsi qu’une diminution de la fréquence dominante occipitale alpha comparativement aux patients MP sans démence et aux contrôles. Cette thèse suggère que des anomalies EEG spécifiques durant le sommeil et l’éveil peuvent identifier les patients avec la MP qui vont développer une démence quelques années plus tard. L’activité des FS, ainsi que le ralentissement de l’EEG en sommeil paradoxal et à l’éveil, pourraient donc servir de marqueurs potentiels du développement de la démence dans la MP.

Thalamic modulation of the cortisal slow oscillation

Il est bien établi que le thalamus joue un rôle crucial dans la génération de l’oscillation lente synchrone dans le cortex pendant le sommeil lent. La puissance des ondes lente / delta (0.2-4 Hz) est un indicateur quantifiable de la qualité du sommeil. La contribution des différents noyaux thalamiques dans la génération de l’activité à ondes lentes et dans sa synchronisation n’est pas connue. Nous émettons l’hypothèse que les noyaux thalamiques de premier ordre (spécifiques) influencent localement l’activité à ondes lentes dans les zones corticales primaires, tandis que les noyaux thalamiques d’ordre supérieur (non spécifiques) synchronisent globalement les activités à ondes lentes à travers de larges régions corticales. Nous avons analysé les potentiels de champ locaux et les activités de décharges de différentes régions corticales et thalamiques de souris anesthésiées alors qu’un noyau thalamique était inactivé par du muscimol, un agoniste des récepteurs GABA. Les enregistrements extracellulaires multi-unitaires dans les noyaux thalamiques de premier ordre (VPM) et d’ordre supérieur (CL) montrent des activités de décharges considérablement diminuées et les décharges par bouffées de potentiels d’action sont fortement réduites après inactivation. Nous concluons que l’injection de muscimol réduit fortement les activités de décharges et ne potentialise pas la génération de bouffées de potentiel d’action à seuil bas. L’inactivation des noyaux thalamiques spécifiques avec du muscimol a diminué la puissance lente / delta dans la zone corticale primaire correspondante. L’inactivation d’un noyau non spécifique avec le muscimol a significativement réduit la puissance delta dans l’ensemble du cortex étudié. Nos expériences démontrent que le thalamus a un rôle crucial dans la génération de l’oscillation lente corticale.

Le sommeil comme marqueur du déclin cognitif dans la maladie de Parkinson

La maladie de Parkinson (MP) est une maladie neurodégénérative qui se caractérise principalement par la présence de symptômes moteurs. Cependant, d’autres symptômes, dits non moteurs, sont fréquents dans la MP et assombrissent le pronostic; ceux ci incluent notamment les désordres du sommeil et les troubles cognitifs. De fait, sur une période de plus de 10 ans, jusqu’à 90 % des patients avec la MP développeraient une démence. L’identification de marqueurs de la démence dans la MP est donc primordiale pour permettre le diagnostic précoce et favoriser le développement d’approches thérapeutiques préventives. Plusieurs études ont mis en évidence la contribution du sommeil dans les processus de plasticité cérébrale, d’apprentissage et de consolidation mnésique, notamment l’importance des ondes lentes (OL) et des fuseaux de sommeil (FS). Très peu de travaux se sont intéressés aux liens entre les modifications de la microarchitecture du sommeil et le déclin cognitif dans la MP. L’objectif de cette thèse est de déterminer, sur le plan longitudinal, si certains marqueurs électroencéphalographiques (EEG) en sommeil peuvent prédire la progression vers la démence chez des patients atteints de la MP. La première étude a évalué les caractéristiques des OL et des FS durant le sommeil lent chez les patients avec la MP selon qu’ils ont développé ou non une démence (MP démence vs MP sans démence) lors du suivi longitudinal, ainsi que chez des sujets contrôles en santé. Comparativement aux patients MP sans démence et aux sujets contrôles, les patients MP démence présentaient au temps de base une diminution de la densité, de l’amplitude et de la fréquence des FS. La diminution de l’amplitude des FS dans les régions postérieures était associée à de moins bonnes performances aux tâches visuospatiales chez les patients MP démence. Bien que l’amplitude des OL soit diminuée chez les deux groupes de patients avec la MP, celle ci n’était pas associée au statut cognitif lors du suivi. La deuxième étude a évalué les marqueurs spectraux du développement de la démence dans la MP à l’aide de l’analyse quantifiée de l’EEG en sommeil lent, en sommeil paradoxal et à l’éveil. Les patients MP démence présentaient une diminution de la puissance spectrale sigma durant le sommeil lent dans les régions pariétales comparativement aux patients MP sans démence et aux contrôles. Durant le sommeil paradoxal, l’augmentation de la puissance spectrale en delta et en thêta, de même qu’un plus grand ratio de ralentissement de l’EEG, caractérisé par un rapport plus élevé des basses fréquences sur les hautes fréquences, était associée au développement de la démence chez les patients avec la MP. D’ailleurs, dans la cohorte de patients, un plus grand ralentissement de l’EEG en sommeil paradoxal dans les régions temporo occipitales était associé à des performances cognitives moindres aux épreuves visuospatiales. Enfin, durant l’éveil, les patients MP démence présentaient au temps de base une augmentation de la puissance spectrale delta, un plus grand ratio de ralentissement de l’EEG ainsi qu’une diminution de la fréquence dominante occipitale alpha comparativement aux patients MP sans démence et aux contrôles. Cette thèse suggère que des anomalies EEG spécifiques durant le sommeil et l’éveil peuvent identifier les patients avec la MP qui vont développer une démence quelques années plus tard. L’activité des FS, ainsi que le ralentissement de l’EEG en sommeil paradoxal et à l’éveil, pourraient donc servir de marqueurs potentiels du développement de la démence dans la MP.

Weak discontinuities in relativisitic MHD

By using singular surface theory and ray theory the speeds of propagation of fast and slow waves, propagating into a medium in arbitrary motion, have been obtained in relativistic magnetohydrodynamics. The differential equation governing the growth of these waves along the rays has been derived and the solution has been presented in integral form.

Gastric motility: Measurement, symptoms and therapy

Gastric motility disorders, including delayed gastric emptying (gastroparesis), impaired postprandial fundic relaxation, and gastric myoelectrical disorders, can occur in type 1 diabetes, chronic renal failure, and functional dyspepsia (FD). Symptoms like upper abdominal pain, early satiation, bloating, nausea and vomiting may be related to gastroparesis. Diabetic gastroparesis is related to autonomic neuropathy. Scintigraphy is the gold standard in measuring gastric emptying, but it is expensive, requires specific equipment, and exposes patients to radiation. It also gives information about the intragastric distribution of the test meal. The 13C-octanoic acid breath test (OBT) is an alternative, indirect method of measuring gastric emptying with a stable isotope. Electrogastrography (EGG) registers the slow wave originating in the pacemaker area of the stomach and regulating the peristaltic contractions of the antrum. This study compares these three methods of measuring gastric motility in patients with type 1 diabetes, functional dyspepsia, and chronic renal failure. Currently no effective drugs for treating gastric motility disorders are available. We studied the effect of nizatidine on gastric emptying, because in preliminary studies this drug has proven to have a prokinetic effect due to its cholinergic properties. Of the type 1 patients, 26% had delayed gastric emptying of solids as measured by scintigraphy. Abnormal intragastric distribution of the test meal occurred in 37% of the patients, indicating impaired fundic relaxation. The autonomic neuropathy score correlated positively with the gastric emptying rate of solids (P = 0.006), but HbA1C, plasma glucose levels, or abdominal symptoms were unrelated to gastric emptying or intragastric distribution of the test meal. Gastric emptying of both solids and liquids was normal in all FD patients but abnormal intragastric distribution occurred in 38% of the patients. Nizatidine improved symptom scores and quality of life in FD patients, but not significantly. Instead of enhancing, nizatidine slowed gastric emptying in FD patients (P < 0.05). No significant difference appeared in the frequency of the gastric slow waves measured by EGG in the patients and controls. The correlation between gastric half-emptying times of solids measured by scintigraphy and OBT was poor both in type 1 diabetes and FD patients. According to this study, dynamic dual-tracer scintigraphy is more accurate than OBT or EGG in measuring gastric emptying of solids. Additionally it provides information about gastric emptying of liquids and the intragastric distribution of the ingested test meal.

Magnetohydrodynamic turbulence

We simulate incompressible, MHD turbulence using a pseudo-spectral code. Our major conclusions are as follows.

1) MHD turbulence is most conveniently described in terms of counter propagating shear Alfvén and slow waves. Shear Alfvén waves control the cascade dynamics. Slow waves play a passive role and adopt the spectrum set by the shear Alfvén waves. Cascades composed entirely of shear Alfvén waves do not generate a significant measure of slow waves.

2) MHD turbulence is anisotropic with energy cascading more rapidly along k_⊥ than along k_∥, where k_⊥ and k_∥ refer to wavevector components perpendicular and parallel to the local magnetic field. Anisotropy increases with increasing k_⊥ such that excited modes are confined inside a cone bounded by k_∥ ∝ k^γ_⊥ where γ less than 1. The opening angle of the cone, θ(k_⊥) ∝ k^-(1-γ)_⊥, defines the scale dependent anisotropy.

3) MHD turbulence is generically strong in the sense that the waves which comprise it suffer order unity distortions on timescales comparable to their periods. Nevertheless, turbulent fluctuations are small deep inside the inertial range. Their energy density is less than that of the background field by a factor θ² (k_⊥)≪1.

4) MHD cascades are best understood geometrically. Wave packets suffer distortions as they move along magnetic field lines perturbed by counter propagating waves. Field lines perturbed by unidirectional waves map planes perpendicular to the local field into each other. Shear Alfvén waves are responsible for the mapping's shear and slow waves for its dilatation. The amplitude of the former exceeds that of the latter by 1/θ(k_⊥) which accounts for dominance of the shear Alfvén waves in controlling the cascade dynamics.

5) Passive scalars mixed by MHD turbulence adopt the same power spectrum as the velocity and magnetic field perturbations.

6) Decaying MHD turbulence is unstable to an increase of the imbalance between the flux of waves propagating in opposite directions along the magnetic field. Forced MHD turbulence displays order unity fluctuations with respect to the balanced state if excited at low k by δ(t) correlated forcing. It appears to be statistically stable to the unlimited growth of imbalance.

7) Gradients of the dynamic variables are focused into sheets aligned with the magnetic field whose thickness is comparable to the dissipation scale. Sheets formed by oppositely directed waves are uncorrelated. We suspect that these are vortex sheets which the mean magnetic field prevents from rolling up.

8) Items (1)-(5) lend support to the model of strong MHD turbulence put forth by Goldreich and Sridhar (1995, 1997). Results from our simulations are also consistent with the GS prediction γ = 2/3. The sole not able discrepancy is that the 1D power law spectra, E(k_⊥) ∝ k^-∝_⊥, determined from our simulations exhibit ∝ ≈ 3/2, whereas the GS model predicts ∝ = 5/3.

Global oscillations in a magnetic solar model : II Oblique propagation

Pint?r, B.; Erd?lyi, R.; Goossens, M., Global oscillations in a magnetic solar model. II. Oblique propagation, Astronomy and Astrophysics, Volume 466, Issue 1, April IV 2007, pp.377-388 Pint?r, B.; Erd?lyi, R.; Goossens, M., (2007) 'Global oscillations in a magnetic solar model II. Oblique propagation', Astronomy and Astrophysics 466(1) pp.377-388 RAE2008

Characterization of outward K(+) currents in isolated smooth muscle cells from sheep urethra.

The perforated-patch technique was used to measure membrane currents in smooth muscle cells from sheep urethra. Depolarizing pulses evoked large transient outward currents and several components of sustained current. The transient current and a component of sustained current were blocked by iberiotoxin, penitrem A, and nifedipine but were unaffected by apamin or 4-aminopyridine, suggesting that they were mediated by large-conductance Ca(2+)-activated K(+) (BK) channels. When the BK current was blocked by exposure to penitrem A (100 nM) and Ca(2+)-free bath solution, there remained a voltage-sensitive K(+) current that was moderately sensitive to blockade with tetraethylammonium (TEA; half-maximal effective dose = 3.0 +/- 0.8 mM) but not 4-aminopyridine. Penitrem A (100 nM) increased the spike amplitude and plateau potential in slow waves evoked in single cells, whereas addition of TEA (10 mM) further increased the plateau potential and duration. In conclusion, both Ca(2+)-activated and voltage-dependent K(+) currents were found in urethral myocytes. Both of these currents are capable of contributing to the slow wave in these cells, suggesting that they are likely to influence urethral tone under certain conditions.

Electrical activity induced by nitric oxide in canine colonic circular muscle.

Nitric oxide generates slow electrical oscillations (SEOs) in cells near the myenteric edge of the circular muscle layer, which resemble slow waves generated by interstitial cells of Cajal (ICCs) at the submucosal edge of this muscle. The properties of SEOs were studied to determine whether these events are similar to slow waves. Rapid frequency membrane potential oscillations (MPOs; 16 +/- 1 cycles/min and 9.6 +/- 0.2 mV) were recorded from control muscles near the myenteric edge. Sodium nitroprusside (0.3 microM) reduced MPOs and initiated SEOs (1.3 +/- 0.3 cycles/min and 13.4 +/- 1.4 mV amplitude). SEOs were abolished by the guanylate cyclase inhibitor 1H-[1,2,4]-oxadiazolo-[4,3-a]-quinoxaline-1-one (10 microM). MPOs were abolished by nifedipine (1 microM), whereas SEO frequency increased and the amount of depolarization decreased. BAY K 8644 (1 microM) prolonged SEOs and reduced their frequency. SEOs were abolished by Ni(2+) (0.5 mM), low Ca(2+) solution (0.1 mM Ca(2+)), cyclopiazonic acid (10 microM), and the mitochondrial uncouplers antimycin (10 microM) and carbonyl cyanide p-trifluoromethoxyphenylhydrazone (1 microM). Oligomycin (10 microM) was without effect. These effects are similar to those described for colonic slow waves. Our results suggest that nitric oxide-induced SEOs are similar in mechanism to slow waves, an activity not previously thought to be generated by myenteric pacemakers.

Specialised pacemaking cells in the rabbit urethra.

1. Collagenase dispersal of strips of rabbit urethra yielded, in addition to normal spindle-shaped smooth muscle cells, a small proportion of branched cells which resembled the interstitial cells of Cajal dispersed from canine colon. These were clearly distinguishable from smooth muscle in their appearance under the phase-contrast microscope, their immunohistochemistry and their ultrastructure. They had abundant vimentin filaments but no myosin, a discontinuous basal lamina, sparse rough endoplasmic reticulum, many mitochondria and a well-developed smooth endoplasmic reticulum. 2. Interstitial cells were non-contractile but exhibited regular spontaneous depolarisations in current clamp. These could be increased in frequency by noradrenaline and blocked by perfusion with calcium-free solution. In voltage clamp they showed abundant calcium-activated chloride current and spontaneous transient inward currents which could be blocked by chloride channel blockers. 3. The majority of smooth muscle cells were vigorously contractile when stimulated but did not show spontaneous electrical activity in current clamp. In voltage clamp, smooth muscle cells showed very little calcium-activated chloride current. 4. We conclude that there are specialised pacemaking cells in the rabbit urethra that may be responsible for initiating the slow waves recorded from smooth muscle cells in the intact syncitium.

Modeling resting-state functional networks when the cortex falls asleep: local and global changes.

The transition from wakefulness to sleep represents the most conspicuous change in behavior and the level of consciousness occurring in the healthy brain. It is accompanied by similarly conspicuous changes in neural dynamics, traditionally exemplified by the change from "desynchronized" electroencephalogram activity in wake to globally synchronized slow wave activity of early sleep. However, unit and local field recordings indicate that the transition is more gradual than it might appear: On one hand, local slow waves already appear during wake; on the other hand, slow sleep waves are only rarely global. Studies with functional magnetic resonance imaging also reveal changes in resting-state functional connectivity (FC) between wake and slow wave sleep. However, it remains unclear how resting-state networks may change during this transition period. Here, we employ large-scale modeling of the human cortico-cortical anatomical connectivity to evaluate changes in resting-state FC when the model "falls asleep" due to the progressive decrease in arousal-promoting neuromodulation. When cholinergic neuromodulation is parametrically decreased, local slow waves appear, while the overall organization of resting-state networks does not change. Furthermore, we show that these local slow waves are structured macroscopically in networks that resemble the resting-state networks. In contrast, when the neuromodulator decrease further to very low levels, slow waves become global and resting-state networks merge into a single undifferentiated, broadly synchronized network.