Effect of levodopa on cortico-striatal and cortico-cerebellar circuits in Parkinson's disease

La maladie de Parkinson (MP) est la deuxième maladie neurodégénérative la plus commune. Les symptômes principalement observés chez les patients atteints de la MP sont la rigidité, les tremblements, la bradykinésie et une instabilité posturale. Leur sévérité est souvent asymétrique. La cause principale de ces symptômes moteurs est la dégénérescence du circuit dopaminergique nigro-striatal qui mène à un débalancement d’activité du circuit cortico-striatal. Ce débalancement de circuits est le point essentiel de cette thèse. Dans les protocoles de recherche décrits ici, des patients atteints de la MP (avant et après une dose de levodopa) et des participants contrôles sains ont effectué des mouvements auto-initiés ou en réponse à des stimulis externes pendant que l’on mesurait leur activité cérébrale en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Dans cette thèse, nous abordons et mettons en évidence quatre (4) points principaux. En première partie (chapitre 2), nous présentons un recensement de la littérature sur les cicruits cortico-striataux et cortico-cérébelleux dans la MP. En utilisant des méthodes de neuroimagerie, des changements d’activité cérébrale et cérébelleuse ont été observés chez les patients atteints de la MP comparés aux participants sains. Même si les augmentations d’activité du cervelet ont souvent été attribuées à des mécanismes compensatoires, nos résultats suggèrent qu’elles sont plus probablement liées aux changements pathophysiologiques de la MP et à la perturbation du circuit cortico-cérébelleux. En général, nous suggérons (1) que le circuit cortico-cérébelleux est perturbé chez les patients atteints de la MP, et que les changements d’activité du cervelet sont liés à la pathophysiologie de la MP plutôt qu’à des mécanismes compensatoires. En deuxième partie (chapitre 3), nous discutons des effets de la levodopa sur les hausses et baisses d’activité observés chez les patients atteints de la MP, ainsi que sur l’activité du putamen pendant les mouvements d’origine interne et externe. De nombreuses études en neuroimagerie ont montré une baisse d’activité (hypo-activité) préfrontale liée à la déplétion de dopamine. En revanche, l’utilisation de tâches cognitives a montré des augmentations d’activité (hyper-activité) corticale chez les patients atteints de la MP comparés aux participants sains. Nous avons suggéré précédemment que ces hypo- et hyper-activités des régions préfrontales dépendent de l’implication du striatum. Dans cette thèse nous suggérons de plus (2) que la levodopa ne rétablit pas ces hyper-activations, mais plutôt qu’elles sont liées à la perturbation du circuit méso-cortical, et aussi possiblement associées à l’administration de médication dopaminergique à long terme. Nous montrons aussi (3) que la levodopa a un effet non-spécifique à la tâche sur l’activité du circuit cortico-striatal moteur, et qu’elle n’a pas d’effet sur l’activité du circuit cortico-striatal cognitif. Nous montrons enfin (chapitre 4) que la levodopa a un effet asymétrique sur les mouvements de la main droite et gauche. À peu près 50% des patients atteints de la MP démontrent une asymétrie des symptômes moteurs, et ceci persiste à travers la durée de la maladie. Nos résultats suggèrent (4) que la levodopa pourrait avoir un plus grand effet sur les patrons d’activations des mouvements de la main la plus affectée.

Resting state cortico-thalamic-striatal connectivity predicts pesponse to dorsomedial prefrontal rTMS in major depressive disorder

Despite its high toll on society, there has been little recent improvement in treatment efficacy for Major Depressive Disorder (MDD). The identification of biological markers of successful treatment response may allow for more personalized and effective treatment. Here we investigate whether resting state functional connectivity predicted response to treatment with rapid transcranial magnetic stimulation (rTMS) to dorsomedial prefrontal cortex (dmPFC). Twenty five individuals with treatment-refractory MDD underwent a 4-week course of dmPFC-rTMS. Before and after treatment, subjects received resting state functional MRI scans and assessments of depressive symptoms using the Hamilton Depresssion Rating Scale (HAMD17). We found that higher baseline cortico-cortical connectivity (dmPFC-subgenual cingulate and subgenual cingulate to dorsolateral PFC) and lower cortico-thalamic, cortico-striatal and cortico-limbic connectivity were associated with better treatment outcomes. We also investigated how changes in connectivity over the course of treatment related to improvements in HAMD17 scores. We found that successful treatment was associated with increased dmPFC-thalamic connectivity and decreased sgACC-caudate connectivity, Our findings provide insight into which individuals might respond to rTMS treatment and the mechanisms through which these treatments work.

Striatal pre- and postsynaptic profile of adenosine A2A receptor antagonists

Striatal adenosine A2A receptors (A2ARs) are highly expressed in medium spiny neurons (MSNs) of the indirect efferent pathway, where they heteromerize with dopamine D2 receptors (D2Rs). A2ARs are also localized presynaptically in cortico-striatal glutamatergic terminals contacting MSNs of the direct efferent pathway, where they heteromerize with adenosine A1 receptors (A1Rs). It has been hypothesized that postsynaptic A2AR antagonists should be useful in Parkinson's disease, while presynaptic A2AR antagonists could be beneficial in dyskinetic disorders, such as Huntington's disease, obsessive-compulsive disorders and drug addiction. The aim or this work was to determine whether selective A2AR antagonists may be subdivided according to a preferential pre- versus postsynaptic mechanism of action. The potency at blocking the motor output and striatal glutamate release induced by cortical electrical stimulation and the potency at inducing locomotor activation were used as in vivo measures of pre- and postsynaptic activities, respectively. SCH-442416 and KW-6002 showed a significant preferential pre- and postsynaptic profile, respectively, while the other tested compounds (MSX-2, SCH-420814, ZM-241385 and SCH-58261) showed no clear preference. Radioligand-binding experiments were performed in cells expressing A2AR-D2R and A1R-A2AR heteromers to determine possible differences in the affinity of these compounds for different A2AR heteromers. Heteromerization played a key role in the presynaptic profile of SCH-442416, since it bound with much less affinity to A2AR when co-expressed with D2R than with A1R. KW-6002 showed the best relative affinity for A2AR co-expressed with D2R than co-expressed with A1R, which can at least partially explain the postsynaptic profile of this compound. Also, the in vitro pharmacological profile of MSX-2, SCH-420814, ZM-241385 and SCH-58261 was is in accordance with their mixed pre- and postsynaptic profile. On the basis of their preferential pre- versus postsynaptic actions, SCH-442416 and KW-6002 may be used as lead compounds to obtain more effective antidyskinetic and antiparkinsonian compounds, respectively.

Effects of early life permethrin exposure on spatial working memory and on monoamine levels in different brain areas of pre-senescent rats

Pesticide exposure during brain development could represent an important risk factor for the onset of neurodegenerative diseases. Previous studies investigated the effect of permethrin (PERM) administered at 34 mg/kg, a dose close to the no observable adverse effect level (NOAEL) from post natal day (PND) 6 to PND 21 in rats. Despite the PERM dose did not elicited overt signs of toxicity (i.e. normal body weight gain curve), it was able to induce striatal neurodegeneration (dopamine and Nurr1 reduction, and lipid peroxidation increase). The present study was designed to characterize the cognitive deficits in the current animal model. When during late adulthood PERM treated rats were tested for spatial working memory performances in a T-maze-rewarded alternation task they took longer to choose for the correct arm in comparison to age matched controls. No differences between groups were found in anxiety-like state, locomotor activity, feeding behavior and spatial orientation task. Our findings showing a selective effect of PERM treatment on the T-maze task point to an involvement of frontal cortico-striatal circuitry rather than to a role for the hippocampus. The predominant disturbances concern the dopamine (DA) depletion in the striatum and, the serotonin (5-HT) and noradrenaline (NE) unbalance together with a hypometabolic state in the medial prefrontal cortex area. In the hippocampus, an increase of NE and a decrease of DA were observed in PERM treated rats as compared to controls. The concentration of the most representative marker for pyrethroid exposure (3-phenoxybenzoic acid) measured in the urine of rodents 12 h after the last treatment was 41.50 µ/L and it was completely eliminated after 96 h.

Somatosensory motor bodily representation cortical thinning in Tourette : effects of tic severity, age and gender

Introduction: Tourette syndrome (TS) implicates the disinhibition of the cortico-striatal-thalamic-cortical circuitry (CSTC). Previous studies used a volumetric approach to investigate this circuitry with inconsistent findings. Cortical thickness may represent a more reliable measure than volume due to the low variability in the cytoarchitectural structure of the grey matter. Methods: 66 magnetic resonance imaging scans were acquired from 34 TS (age range 10-25, mean 17.19±4.1) and 32 normal controls (NC) (age range 10-20, mean 16.33±3.56). Brain morphology was assessed using the fully automated Civet pipeline at the Montreal Neurological Institute. Results: We report (1) significant cortical thinning in the fronto-parietal and somatosensory-motor cortices in TS relative to NC (p<0.05); (2) TS boys showed thinner cortex relative to TS girls in the fronto-parietal cortical regions (p<0.05); (3) significant decrease in the fronto-parietal mean cortical thickness in TS with age relative to NC and in the pre-central cortex in TS boys relative to TS girls; (4) significant negative correlations between tic severity and the somatosensory-motor cortical thickness. Conclusions: TS revealed important thinning in brain regions particularly involved in the somatosensory/motor bodily representations which may play an important role in tics. Our findings are in agreement with Leckman et al. (1991) hypothesis stating that facial tics would be associated with dysfunction in an orofacial subset of the motor circuit, eye blinking with the occulo-motor circuit, whereas lack of inhibition to a dysfunction in the prefrontal cortex. Gender and age differences may reflect differential etiological factors, which have significant clinical relevance in TS and should be considered in developing and using diagnostic and therapeutic interventions.

Conditional BDNF release under pathological conditions improves Huntington's disease pathology by delaying neuronal dysfunction

Background Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) is the main candidate for neuroprotective therapy for Huntington's disease (HD), but its conditional administration is one of its most challenging problems. Results Here we used transgenic mice that over-express BDNF under the control of the Glial Fibrillary Acidic Protein (GFAP) promoter (pGFAP-BDNF mice) to test whether up-regulation and release of BDNF, dependent on astrogliosis, could be protective in HD. Thus, we cross-mated pGFAP-BDNF mice with R6/2 mice to generate a double-mutant mouse with mutant huntingtin protein and with a conditional over-expression of BDNF, only under pathological conditions. In these R6/2:pGFAP-BDNF animals, the decrease in striatal BDNF levels induced by mutant huntingtin was prevented in comparison to R6/2 animals at 12 weeks of age. The recovery of the neurotrophin levels in R6/2:pGFAP-BDNF mice correlated with an improvement in several motor coordination tasks and with a significant delay in anxiety and clasping alterations. Therefore, we next examined a possible improvement in cortico-striatal connectivity in R62:pGFAP-BDNF mice. Interestingly, we found that the over-expression of BDNF prevented the decrease of cortico-striatal presynaptic (VGLUT1) and postsynaptic (PSD-95) markers in the R6/2:pGFAP-BDNF striatum. Electrophysiological studies also showed that basal synaptic transmission and synaptic fatigue both improved in R6/2:pGAP-BDNF mice. Conclusions These results indicate that the conditional administration of BDNF under the GFAP promoter could become a therapeutic strategy for HD due to its positive effects on synaptic plasticity.

Étude multimodale de la consolidation d’habiletés motrices à ‎l’aide de l’IRMf et de l’EEG

La consolidation est le processus qui transforme une nouvelle trace mnésique labile en ‎une autre plus stable et plus solide. Une des tâches utilisées en laboratoire pour ‎l’exploration de la consolidation motrice dans ses dimensions comportementale et ‎cérébrale est la tâche d’apprentissage de séquences motrices. Celle-ci consiste à ‎reproduire une même série de mouvements des doigts, apprise de manière implicite ou ‎explicite, tout en mesurant l’amélioration dans l’exécution. Les études récentes ont ‎montré que, dans le cas de l’apprentissage explicite de cette tâche, la consolidation de la ‎trace mnésique associée à cette nouvelle habileté dépendrait du sommeil, et plus ‎particulièrement des fuseaux en sommeil lent. Et bien que deux types de fuseaux aient ‎été décrits (lents et rapides), le rôle de chacun d’eux dans la consolidation d’une ‎séquence motrice est encore mal exploré. En effet, seule une étude s’est intéressée à ce ‎rôle, montrant alors une implication des fuseaux rapides dans ce processus mnésique ‎suite à une nuit artificiellement altérée. D’autre part, les études utilisant l’imagerie ‎fonctionnelle (IRMf et PET scan) menées par différentes équipes dont la notre, ont ‎montré des changements au niveau de l’activité du système cortico-striatal suite à la ‎consolidation motrice. Cependant, aucune corrélation n’a été faite à ce jour entre ces ‎changements et les caractéristiques des fuseaux du sommeil survenant au cours de la nuit ‎suivant un apprentissage moteur. Les objectifs de cette thèse étaient donc: 1) de ‎déterminer, à travers des enregistrements polysomnographiques et des analyses ‎corrélationnelles, les caractéristiques des deux types de fuseaux (i.e. lents et rapides) ‎associées à la consolidation d’une séquence motrice suite à une nuit de sommeil non ‎altérée, et 2) d’explorer, à travers des analyses corrélationnelles entre les données ‎polysomnographiques et le signal BOLD (« Blood Oxygenated Level Dependent »), ‎acquis à l’aide de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), ‎l’association entre les fuseaux du sommeil et les activations cérébrales suite à la ‎consolidation de la séquence motrice. Les résultats de notre première étude ont montré ‎une implication des fuseaux rapides, et non des fuseaux lents, dans la consolidation ‎d’une séquence motrice apprise de manière explicite après une nuit de sommeil non ‎altérée, corroborant ainsi les résultats des études antérieures utilisant des nuits de ‎sommeil altérées. En effet, les analyses statistiques ont mis en évidence une ‎augmentation significative de la densité des fuseaux rapides durant la nuit suivant ‎l’apprentissage moteur par comparaison à la nuit contrôle. De plus, cette augmentation ‎corrélait avec les gains spontanés de performance suivant la nuit. Par ailleurs, les ‎résultats de notre seconde étude ont mis en évidence des corrélations significatives entre ‎l’amplitude des fuseaux de la nuit expérimentale d’une part et les gains spontanés de ‎performance ainsi que les changements du signal BOLD au niveau du système cortico-‎striatal d’autre part. Nos résultats suggèrent donc un lien fonctionnel entre les fuseaux ‎du sommeil, les gains de performance ainsi que les changements neuronaux au niveau ‎du système cortico-striatal liés à la consolidation d’une séquence motrice explicite. Par ‎ailleurs, ils supportent l’implication des fuseaux rapides dans ce type de consolidation ; ‎ceux-ci aideraient à l’activation des circuits neuronaux impliqués dans ce processus ‎mnésique et amélioreraient par la même occasion la consolidation motrice liée au ‎sommeil.‎

Neural substrates and functional connectivity associated with sleep-dependent and independent consolidation of new motor skills

La mémoire n’est pas un processus unitaire et est souvent divisée en deux catégories majeures: la mémoire déclarative (pour les faits) et procédurale (pour les habitudes et habiletés motrices). Pour perdurer, une trace mnésique doit passer par la consolidation, un processus par lequel elle devient plus robuste et moins susceptible à l’interférence. Le sommeil est connu comme jouant un rôle clé pour permettre le processus de consolidation, particulièrement pour la mémoire déclarative. Depuis plusieurs années cependant, son rôle est aussi reconnu pour la mémoire procédurale. Il est par contre intéressant de noter que ce ne sont pas tous les types de mémoire procédurale qui requiert le sommeil afin d’être consolidée. Entre autres, le sommeil semble nécessaire pour consolider un apprentissage de séquences motrices (s’apparentant à l’apprentissage du piano), mais pas un apprentissage d’adaptation visuomotrice (tel qu’apprendre à rouler à bicyclette). Parallèlement, l’apprentissage à long terme de ces deux types d’habiletés semble également sous-tendu par des circuits neuronaux distincts; c’est-à-dire un réseau cortico-striatal et cortico-cérébelleux respectivement. Toutefois, l’implication de ces réseaux dans le processus de consolidation comme tel demeure incertain. Le but de cette thèse est donc de mieux comprendre le rôle du sommeil, en contrôlant pour le simple passage du temps, dans la consolidation de ces deux types d’apprentissage, à l’aide de l’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle et d’analyses de connectivité cérébrale. Nos résultats comportementaux supportent l’idée que seul l’apprentissage séquentiel requiert le sommeil pour déclencher le processus de consolidation. Nous suggérons de plus que le putamen est fortement associé à ce processus. En revanche, les performances d’un apprentissage visuomoteur s’améliorent indépendamment du sommeil et sont de plus corrélées à une plus grande activation du cervelet. Finalement, en explorant l’effet du sommeil sur la connectivité cérébrale, nos résultats démontrent qu’en fait, un système cortico-striatal semble être plus intégré suite à la consolidation. C’est-à-dire que l’interaction au sein des régions du système est plus forte lorsque la consolidation a eu lieu, après une nuit de sommeil. En opposition, le simple passage du temps semble nuire à l’intégration de ce réseau cortico-striatal. En somme, nous avons pu élargir les connaissances quant au rôle du sommeil pour la mémoire procédurale, notamment en démontrant que ce ne sont pas tous les types d’apprentissages qui requièrent le sommeil pour amorcer le processus de consolidation. D’ailleurs, nous avons également démontré que cette dissociation de l’effet du sommeil est également reflétée par l’implication de deux réseaux cérébraux distincts. À savoir, un réseau cortico-striatal et un réseau cortico-cérébelleux pour la consolidation respective de l’apprentissage de séquence et d’adaptation visuomotrice. Enfin, nous suggérons que la consolidation durant le sommeil permet de protéger et favoriser une meilleure cohésion au sein du réseau cortico-striatal associé à notre tâche; un phénomène qui, s’il est retrouvé avec d’autres types d’apprentissage, pourrait être considéré comme un nouveau marqueur de la consolidation.

Effets de la stimulation magnétique transcrânienne dans la maladie de Parkinson avec déficits cognitifs légers

Beaucoup de patients atteints de la maladie de Parkinson (MP) peuvent souffrir de troubles cognitifs dès les étapes initiales de la maladie et jusqu’à 80% d’entre eux vont développer une démence. Des altérations fonctionnelles au niveau du cortex préfrontal dorsolatéral (CPFDL), possiblement en relation avec le noyau caudé, seraient à l’origine de certains de ces déficits cognitifs. Des résultats antérieurs de notre groupe ont montré une augmentation de l’activité et de la connectivité dans la boucle cortico-striatale cognitive suite à la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) utilisant des paramètres « theta burst » intermittent (iTBS) sur le CPFDL gauche. Pour cette étude, 24 patients atteints de la MP avec des troubles cognitifs ont été séparées en 2 groupes : le groupe iTBS active (N=15) et le groupe sham (stimulation simulée, N=9). Une batterie neuropsychologique détaillée évaluant cinq domaines cognitifs (attention, fonctions exécutives, langage, mémoire et habiletés visuo-spatiales) a été administrée lors des jours 1, 8, 17 et 37. Le protocole iTBS a été appliqué sur le CPFDL gauche durant les jours 2, 4 et 7. Les scores z ont été calculés pour chaque domaine cognitif et pour la cognition globale. Les résultats ont montré une augmentation significative de la cognition globale jusqu’à 10 jours suivant l’iTBS active, particulièrement au niveau de l’attention, des fonctions exécutives et des habiletés visuo-spatiales. Cet effet sur la cognition globale n’est pas répliqué dans le groupe sham. Ces résultats suggèrent donc que l’iTBS peut moduler la performance cognitive chez les patients atteints de MP avec des déficits cognitifs.

"Functional Upregulation of Ca2+ -Activated K+ Channels in the Development of Substantia Nigra Dopamine Neurons"

Many connections in the basal ganglia are made around birth when animals are exposed to a host of new affective, cognitive, and sensori-motor stimuli. It is thought that dopamine modulates cortico-striatal synapses that result in the strengthening of those connections that lead to desired outcomes. We propose that there must be a time before which stimuli cannot be processed into functional connections, otherwise it would imply an effective link between stimulus, response, and reward in uterus. Consistent with these ideas, we present evidence that early in development dopamine neurons are electrically immature and do not produce high-frequency firing in response to salient stimuli. We ask first, what makes dopamine neurons immature? and second, what are the implications of this immaturity for the basal ganglia? As an answer to the first question, we find that at birth the outward current is small (3nS-V), insensitive to Ca2z, TEA, BK, and SK blockers. Rapidly after birth, the outward current increases to 15nS-V and becomes sensitive to Ca2z, TEA, BK, and SK blockers. We make a detailed analysis of the kinetics of the components of the outward currents and produce a model for BK and SK channels that we use to reproduce the outward current, and to infer the geometrical arrangement of BK and Ca2z channels in clusters. In the first cluster, T-type Ca2z and BK channels are coupled within distances of *20 nm (200 A˚). The second cluster consists of L-type Ca2z and BK channels that are spread over distances of at least 60 nm. As for the second question, we propose that early in development, the mechanism of action selection is in a ‘‘locked-in’’ state that would prevent dopamine neurons from reinforcing cortico-striatal synapses that do not have a functional experiential- based value.

Functional Upregulation of Ca2+ -Activated K+ Channels in the Development of Substantia Nigra Dopamine Neurons

Many connections in the basal ganglia are made around birth when animals are exposed to a host of new affective, cognitive, and sensori-motor stimuli. It is thought that dopamine modulates cortico-striatal synapses that result in the strengthening of those connections that lead to desired outcomes. We propose that there must be a time before which stimuli cannot be processed into functional connections, otherwise it would imply an effective link between stimulus, response, and reward in uterus. Consistent with these ideas, we present evidence that early in development dopamine neurons are electrically immature and do not produce high-frequency firing in response to salient stimuli. We ask first, what makes dopamine neurons immature? and second, what are the implications of this immaturity for the basal ganglia? As an answer to the first question, we find that at birth the outward current is small (3nS-V), insensitive to Ca2+, TEA, BK, and SK blockers. Rapidly after birth, the outward current increases to 15nS-V and becomes sensitive to Ca2+, TEA, BK, and SK blockers. We make a detailed analysis of the kinetics of the components of the outward currents and produce a model for BK and SK channels that we use to reproduce the outward current, and to infer the geometrical arrangement of BK and Ca2+ channels in clusters. In the first cluster, T-type Ca2+ and BK channels are coupled within distances of similar to 20 nm (200 parallel to). The second cluster consists of L-type Ca2+ and BK channels that are spread over distances of at least 60 nm. As for the second question, we propose that early in development, the mechanism of action selection is in a "locked-in" state that would prevent dopamine neurons from reinforcing cortico-striatal synapses that do not have a functional experiential-based value.

Outlining new frontiers for the comprehension of obsessive-compulsive disorder: a review of its relationship with fear and anxiety

Anxiety is an important component of the psychopathology of the obsessive-compulsive disorder (OCD). So far, most interventions that have proven to be effective for treating OCD are similar to those developed for other anxiety disorders. However, neurobiological studies of OCD came to conclusions that are not always compatible with those previously associated with other anxiety disorders. OBJECTIVES: The aim of this study is to review the degree of overlap between OCD and other anxiety disorders phenomenology and pathophysiology to support the rationale that guides research in this field. RESULTS: Clues about the neurocircuits involved in the manifestation of anxiety disorders have been obtained through the study of animal anxiety models, and structural and functional neuroimaging in humans. These investigations suggest that in OCD, in addition to dysfunction in cortico-striatal pathways, the functioning of an alternative neurocircuitry, which involves amygdalo-cortical interactions and participates in fear conditioning and extinction processes, may be impaired. CONCLUSION: It is likely that anxiety is a relevant dimension of OCD that impacts on other features of this disorder. Therefore, future studies may benefit from the investigation of the expression of fear and anxiety by OCD patients according to their type of obsessions and compulsions, age of OCD onset, comorbidities, and patterns of treatment response.

Grey-matter abnormalities in boys with Tourette syndrome: magnetic resonance imaging study using optimised voxel-based morphometry

The genesis of Tourette syndrome is still unknown, but a core role for the pathways of cortico-striatal-thalamic-cortical circuitry (CSTC) is supposed. Volume-rendering magnetic resonance imaging data-sets were analysed in 14 boys with Tourette syndrome and 15 age-matched controls using optimised voxel-based morphometry. Locally increased grey-matter volumes (corrected P < 0.001) were found bilaterally in the ventral putamen. Regional decreases in grey matter were observed in the left hippocampal gyrus. This unbiased analysis confirmed an association between striatal abnormalities and Tourette syndrome, and the hippocampal volume alterations indicate an involvement of temporolimbic pathways of the CSTC in the syndrome.

Dopaminergic modulation of the reward system in schizophrenia: A placebo-controlled dopamine depletion fMRI study

Background The brain reward circuitry innervated by dopamine is critically disturbed in schizophrenia. This study aims to investigate the role of dopamine-related brain activity during prediction of monetary reward and loss in first episode schizophrenia patients. Methods We measured blood–oxygen-level dependent (BOLD) activity in 10 patients with schizophrenia (SCH) and 12 healthy controls during dopamine depletion with α-methylparatyrosine (AMPT) and during a placebo condition (PLA). Results AMPT reduced the activation of striatal and cortical brain regions in SCH. In SCH vs. controls reduced activation was found in the AMPT condition in several regions during anticipation of reward and loss, including areas of the striatum and frontal cortex. In SCH vs. controls reduced activation of the superior temporal gyrus and posterior cingulate was observed in PLA during anticipation of rewarding stimuli. PLA patients had reduced activation in the ventral striatum, frontal and cingulate cortex in anticipation of loss. The findings of reduced dopamine-related brain activity during AMPT were verified by reduced levels of dopamine in urine, homovanillic-acid in plasma and increased prolactin levels. Conclusions Our results indicate that dopamine depletion affects functioning of the cortico-striatal reward circuitry in SCH. The findings also suggest that neuronal functions associated with dopamine neurotransmission and attribution of salience to reward predicting stimuli are altered in schizophrenia.