Differential projections from the lateral habenula to the rostromedial tegmental nucleus and ventral tegmental area in the rat

The mesopontine rostromedial tegmental nucleus (RMTg) is a mostly ?-aminobutyric acid (GABA)ergic structure believed to be a node for signaling aversive events to dopamine (DA) neurons in the ventral tegmental area (VTA). The RMTg receives glutamatergic inputs from the lateral habenula (LHb) and sends substantial GABAergic projections to the VTA, which also receives direct projections from the LHb. To further specify the topography of LHb projections to the RMTg and VTA, small focal injections of the anterograde tracer Phaseolus vulgaris leucoagglutinin were aimed at different subdivisions of the LHb. The subnuclear origin of LHb inputs to the VTA and RMTg was then confirmed by injections of the retrograde tracer cholera toxin subunit b into the VTA or RMTg. Furthermore, we compared the topographic position of retrogradely labeled neurons in the RMTg resulting from VTA injections with that of anterogradely labeled axons emerging from the LHb. As revealed by anterograde and retrograde tracing, LHb projections were organized in a strikingly topographic manner, with inputs to the RMTg mostly arising from the lateral division of the LHb (LHbL), whereas inputs to the VTA mainly emerged from the medial division of the LHb (LHbM). In the RMTg, profusely branched LHb axons were found in close register with VTA projecting neurons and were frequently apposed to the latter. Overall, our findings demonstrate that LHb inputs to the RMTg and VTA arise from different divisions of the LHb and provide direct evidence for a disynaptic pathway that links the LHbL to the VTA via the RMTg. J. Comp. Neurol. 520:12781300, 2012. (C) 2011 Wiley Periodicals, Inc.

Altered formalin-induced pain and Fos induction in the periaqueductal grey of preadolescent rats following neonatal LPS exposure

Animal and human studies have demonstrated that early pain experiences can produce alterations in the nociceptive systems later in life including increased sensitivity to mechanical, thermal, and chemical stimuli. However, less is known about the impact of neonatal immune challenge on future responses to noxious stimuli and the reactivity of neural substrates involved in analgesia. Here we demonstrate that rats exposed to Lipopolysaccharide (LPS; 0.05 mg/kg IP, Salmonella enteritidis) during postnatal day (PND) 3 and 5 displayed enhanced formalin-induced flinching but not licking following formalin injection at PND 22. This LPS-induced hyperalgesia was accompanied by distinct recruitment of supra-spinal regions involved in analgesia as indicated by significantly attenuated Fos-protein induction in the rostral dorsal periaqueductal grey (DPAG) as well as rostral and caudal axes of the ventrolateral PAG (VLPAG). Formalin injections were associated with increased Fos-protein labelling in lateral habenula (LHb) as compared to medial habenula (MHb), however the intensity of this labelling did not differ as a result of neonatal immune challenge. These data highlight the importance of neonatal immune priming in programming inflammatory pain sensitivity later in development and highlight the PAG as a possible mediator of this process

Une lésion neurotoxique de l’habenula latérale amplifie la locomotion induite par un psychostimulant sans altérer la récompense

L’habenula, un noyau épithalamique, est située au centre de la voie dorsale diencéphalique. Cette voie relie les structures limbiques et les ganglions de la base aux cellules monoaminergiques du mésencéphale. En particulier, l’habenula latérale (HbL) projette directement aux cellules dopaminergiques et GABAergiques de l’aire tegmentale ventrale (ATV). L’ATV est le site d’origine de la voie mésolimbique dopaminergique, une voie impliquée de façon cruciale dans la manifestation des comportements dirigés. L’importance de cette projection habenulaire pour le comportement demeure encore méconnue. Ainsi, l’objectif de cette étude est d’approfondir notre compréhension du rôle de régulation de l’HbL sur les comportements dépendants de la neurotransmission dopaminergique. MATÉRIEL ET MÉTHODES: Des rats adultes mâles Sprague-Dawley ont été anesthésiés avec de l’isofluorane et installés sur un appareil stéréotaxique. L’acide iboténique, une neurotoxine agoniste des récepteurs glutamatergiques, était infusée bilatéralement dans l’HbL (0,25 μg/0,25 μl/côté). Les rats du groupe contrôle recevaient des infusions NaCl 0,9%. Les rats de l’expérience d’autostimulation intracérébrale (ASIC) étaient aussi implantés d’une électrode monopolaire dans le mésencéphale postérieur. Un groupe de rats était testé pour leur réponse de locomotion à l’amphétamine (0; 0,5 ou 1 mg/kg, intrapéritonéal), dix jours suivant la lésion de l’HbL. La locomotion était mesurée dans des chambres d’activité, chacune équipée de deux faisceaux parallèles infrarouges. Le jour du test, les rats étaient pesés et placés dans la chambre d’activité puis leur activité locomotrice de base était mesurée pendant une heure. Les rats recevaient ensuite une dose d’amphétamine ou le véhicule (NaCl 0,9%) par voie intrapéritonéale et l’activité locomotrice était mesurée pendant deux heures supplémentaires. Un groupe de rats distinct a été utilisé dans l’expérience d’ASIC. Commençant sept jours suivant la lésion, les rats étaient entraînés à appuyer sur un levier afin de s’autoadministrer des stimulations électriques, au cours de sessions quotidiennes. Nous avons ensuite mesuré chacun des taux de réponses d’une série de stimulations aux fréquences décroissantes. À partir d’une courbe réponses-fréquences, le seuil de récompense était inféré par la fréquence de la stimulation nécessaire pour produire une réponse semi-maximale. Les seuils de récompense étaient stabilisés à un niveau similaire pour l’ensemble des rats. Enfin, l’effet sur la récompense de l’amphétamine était testé aux mêmes doses employées pour l’expérience de locomotion. RÉSULTATS: Une lésion neurotoxique de l’HbL n’a pas altéré les niveaux de base de l’activité locomotrice dans chaque groupe. Cependant, une telle lésion a potentialisé l’effet de locomotion de l’amphétamine (1 mg/kg) pendant la première heure suivant son administration, et une tendance similaire était observable pendant la seconde heure. À l’inverse, nous n’avons observé aucune interaction entre une lésion à l’HbL et l’effet amplificateur sur la récompense de l’amphétamine. CONCLUSION: Nos résultats révèlent une importante contribution fonctionnelle de l’HbL à la locomotion induite par l’activation de la voie mésolimbique dopaminergique avec une dose de 1 mg/kg d’amphétamine. À l’opposé, aucun effet sur la récompense n’a été observé. Ces résultats suggèrent que l’activation psychomotrice et l’amplifiation de la récompense produite par l’amphétamine dépendent de substrats dissociables, chacun étant différentiellement sensible à la modulation provenant de l’HbL.

L’amphétamine intra-habenulaire n’altère pas l’effet de récompense induit par la stimulation électrique du raphé dorsal

La contribution de la neurotransmission dopaminergique dans le noyau accumbens à l’effet de récompense induit par la stimulation électrique du cerveau a été l’objet de plusieurs années de recherche. Cependant, d’autres sites recevant des terminaisons dopaminergiques pourraient contribuer à moduler la récompense dans d’autres régions cérébrales. Parmi elles, on retrouve l’habenula qui reçoit des projections dopaminergiques de l’aire tegmentale ventrale. La contribution de cette voie au phénomène de récompense en général et à l’effet de recompense induit par l’autostimulation intracrânienne est peu connue. Le but de cette recherche était d’étudier la contribution de la dopamine mésohabenulaire à l’effet de recompense induit par la stimulation électrique du raphé dorsal. Des rats ont été implantés d’une bicanule dans l’Hb et d’une électrode dans le raphé dorsal. Le paradigme du déplacement de la courbe a été utilisé pour évaluer les changements dans l’effet de récompense à la suite de l’injection intra-habenulaire d’amphétamine (10-40 μg). À titre de contrôles positifs, des rats ont reçu l’amphétamine dans le core et dans le shell (1-20 μg) du noyau accumbens. Les injections d’amphétamine dans l’habenula n’ont pas changé l’effet de récompense induit par la stimulation électrique. Dans le noyau accumbens, les injections dans le shell et le core provoquent des augmentations dans l’effet de récompense comme il a déjà été démontré. Nos résultats suggèrent que la neurotransmission dopaminergique dans l’habenula latérale ne contribue pas significativement au circuit soutenant l’effet renforçant de la stimulation électrique du cerveau.

Lateral bone density variations in the scoliotic spine

Adolescent Idiopathic Scoliosis (AIS) is the most common deformity of the spine, affecting 2-4% of the population. Previous studies have shown that the vertebrae in scoliotic spines undergo abnormal shape changes, however there has been little exploration of how AIS affects bone density distribution within the vertebrae. Existing pre-operative CT scans of 53 female idiopathic scoliosis patients with right-sided main thoracic curves were used to measure the lateral (right to left) bone density profile at mid-height through each vertebral body. This study demonstrated that AIS patients have a marked convex/concave asymmetry in bone density for vertebral levels at or near the apex of the scoliotic curve. To the best of our knowledge, the only previous studies of bone density distribution in AIS are those of Périé et al [1,2], who reported a coronal plane ‘mechanical migration’ of 0.54mm toward the concavity of the scoliotic curve in the lumbar apical vertebrae of 11 scoliosis patients. This is comparable to the value of 0.8mm (4%) in our study, especially since our patients had more severe scoliotic curves. From a bone adaptation perspective, these results suggest that the axial loading on the scoliotic spine is strongly asymmetric.

Improvements to the design of Litesteel Beams undergoing lateral distortional buckling

An Australian manufacturer has recently developed an innovative group of cold-formed steel hollow flange sections, one of them is LiteSteel Beams (LSBs). The LSB sections are produced from thin and high strength steels by a patented manufacturing process involving simultaneous cold-forming and dual electric resistance welding. They have a unique geometry consisting of rectangular hollow flanges and a relatively slender web. The LSB flexural members are subjected to lateral distortional buckling effects and hence their capacities are reduced for intermediate spans. The current design rules for lateral distortional buckling were developed based on the lower bound of numerical and experimental results. The effect of LSB section geometry was not considered although it could influence the lateral distortional buckling performance. Therefore an accurate finite element model of LSB flexural members was developed and validated using experimental and finite strip analysis results. It was then used to investigate the effect of LSB geometry. The extensive moment capacity data thus developed was used to develop improved design rules for LSBs with one of them considering the LSB geometry effects through a modified slenderness parameter. The use of the new design rules gave higher lateral distortional buckling capacities for LSB sections with intermediate slenderness. The new design rule is also able to accurately predict the lateral distortional buckling moment capacities of other hollow flange beams (HFBs).

Lateral bone density variations in the scoliotic spine

Adolescent Idiopathic Scoliosis (AIS) is the most common deformity of the spine, affecting 2-4% of the population. Previous studies have shown that the vertebrae in scoliotic spines undergo abnormal shape changes, however there has been little exploration of how scoliosis affects bone density distribution within the vertebrae. In this study, existing CT scans of 53 female idiopathic scoliosis patients with right-sided main thoracic curves were used to measure the lateral (right to left) bone density profile at mid-height through each vertebral body. Five key bone density profile measures were identified from each normalised bone density distribution, and multiple regression analysis was performed to explore the relationship between bone density distribution and patient demographics (age, height, weight, body mass index (BMI), skeletal maturity, time since Menarche, vertebral level, and scoliosis curve severity). Results showed a marked convex/concave asymmetry in bone density for vertebral levels at or near the apex of the scoliotic curve. At the apical vertebra, mean bone density at the left side (concave) cortical shell was 23.5% higher than for the right (convex) cortical shell, and cancellous bone density along the central 60% of the lateral path from convex to concave increased by 13.8%. The centre of mass of the bone density profile at the thoracic curve apex was located 53.8% of the distance along the lateral path, indicating a shift of nearly 4% toward the concavity of the deformity. These lateral bone density gradients tapered off when moving away from the apical vertebra. Multi-linear regressions showed that the right cortical shell peak bone density is significantly correlated with skeletal maturity, with each Risser increment corresponding to an increase in mineral equivalent bone density of 4-5%. There were also statistically significant relationships between patient height, weight and BMI, and the gradient of cancellous bone density along the central 60% of the lateral path. Bone density gradient is positively correlated with weight, and negatively correlated with height and BMI, such that at the apical vertebra, a unit decrease in BMI corresponds to an almost 100% increase in bone density gradient.